多孔近红外反射隔热材料及其制备方法

摘要

本发明公开一种多孔近红外反射隔热材料及其制备方法，该材料具有如下化学组成：NaZn1-x(Ni)xPO4，其中x为0.05~0.25。制备方法包括如下步骤：将锌盐和镍盐按比例溶解于去离子水中，室温下搅拌，得到锌镍溶液；将所述锌镍溶液水浴加热，搅拌同时缓慢滴加磷酸，得到锌镍磷溶液；采用碳酸钠或者碳酸氢钠溶解于水，得到钠溶液，作为沉淀剂；将所述沉淀剂缓慢滴加至锌镍磷溶液中，调节pH值，静置，水洗，醇洗，干燥，得到前驱体粉末；将所述前驱体粉末置于马弗炉中，煅烧，随炉冷却，研磨，得到所述多孔近红外反射型隔热材料。本发明的隔热材料，既具有多孔结构，又有较好的近红外反射能力，综合隔热性能好，具有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于隔热材料技术领域，特别是一种兼备多孔隔热和热反射隔热两个优点的多孔近红外反射隔热材料及其制备方法。

背景技术

从隔热机理的角度可以把隔热材料分为两类：热阻隔型隔热材料和热反射型隔热材料。

热阻隔型隔热材料是指阻隔热对流的隔热材料。研究表明，热量在多孔材料中传递时会分为两条传递途径：一条途径是在固体中传播。但是由于孔道的存在使固体发生弯曲，从而延长了传递路径，降低了热量传递的速度。另一条途径是在气孔中传递。由于气孔超低的导热系数，导致几乎没有热对流产生，从而达到隔热的目的，一般来说，热阻隔型隔热材料即指多孔隔热材料。

热反射型隔热材料指的是对热有良好反射能力的材料。太阳光辐射的能量中5％在紫外波段，43％在可见光波段，52％在近红外波段(780-2500nm)，可见太阳光辐射的热量集中在可见光和近红外波段。在可见光波段，颜色越是趋向于白色，对该波段反射率越高，但是白色材料无法满足人们对美观的要求，国内外学者开始研究深色系材料，并使其具备良好的热反射能力。而相同颜色的物质对可见光的反射能力是相同的，因此对于颜色固定的材料，只要提高物质在近红外波段的反射能力，就可以提高对热量的反射，从而达到隔热的目的。

然而，现有技术存在的问题是：隔热材料只具备一种隔热机理，或者是具有多孔结构，或者具有好的近红外反射能力，未能同时充分利用热阻隔型隔热材料和热反射型隔热材料的优点，隔热性能不够好。

发明内容

本发明目的在于提供一种多孔近红外反射隔热材料及制备方法，所得隔热材料其既具有多孔结构，又有较好的近红外反射能力，综合隔热性能好。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种多孔近红外反射隔热材料，具有如下化学组成：

NaZn_1-x(Ni)_xPO₄，

其中x为0.05～0.25。

实现本发明另一目的的技术解决方案为：一种多孔近红外反射型隔热材料的制备方法，包括如下步骤：

(21)原料混合：将锌盐和镍盐按比例溶解于去离子水中，室温下搅拌，得到锌镍溶液；

优选地，所述的锌盐包括硝酸锌、硫酸锌、氯化锌中的至少一种，所述的镍盐包括硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的至少一种。

优选地，所述锌盐和镍盐的比例按锌和镍的摩尔数比为3～19:1。

(22)水浴：将所述锌镍溶液水浴加热，搅拌同时缓慢滴加磷酸，得到锌镍磷溶液；

优选地，水浴温度为70℃，水浴时间为1h。

(23)配制沉淀剂：采用碳酸钠或者碳酸氢钠溶解于水，得到钠溶液，作为沉淀剂；

优选地，碳酸钠或碳酸氢钠溶液浓度为0.1～2mol/L。

(24)共沉淀：将所述沉淀剂缓慢滴加至锌镍磷溶液中，调节pH值，静置，水洗，醇洗，干燥，得到前驱体粉末；

优选地，pH值为6～8，干燥温度为60～80℃，干燥时间为4～10h。

(25)煅烧：将所述前驱体粉末置于马弗炉中，煅烧，随炉冷却，研磨，得到所述多孔近红外反射型隔热材料。

优选地，煅烧温度为700～900℃，煅烧时间为1～5h。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)综合隔热性能好：兼备多孔隔热和近红外反射两个隔热机理，多孔结构使其具有很低的导热系数，良好的近红外反射性能可以反射热量集中的太阳光近红外波，本发明中的材料是一种综合型的隔热材料。

(2)近红外反射性能好：镍元素掺杂磷酸锌钠分子后的结构为锌氧四面体与磷氧四面体由氧原子连接而成的环状骨架，该骨架结构上的电子在电磁波入射时产生受迫振动，进而发射电磁次波，并与入射电磁波产生叠加效应，从而使镍掺杂磷酸锌钠具有较高的红外反射率。采用分光光度计测试本发明中制备的样品的近红外反射率，并且计算得到其近红外太阳光反射率为69.33％～74.62％，而颜色相近的普通颜料的近红外太阳光反射率为61.16％，因此本发明中的材料具有较好的近红外反射性能。

(3)耐酸碱腐蚀：本发明中的材料对环境和人体无伤害，具有良好的耐酸耐碱性。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明多孔近红外反射型隔热材料的制备方法的反应流程图。

图2为本发明多孔近红外反射型隔热材料的制备方法实施例原料配比及近红外太阳光反射率表。

图3为实施例1与相同颜色的普通材料的近红外反射率对比图。

图4为实施例2与相同颜色的普通材料的近红外反射率对比图。

图5为实施例3与相同颜色的普通材料的近红外反射率对比图。

图6为实施例4与相同颜色的普通材料的近红外反射率对比图。

图7为实施例5与相同颜色的普通材料的近红外反射率对比图。

图8为本发明多孔近红外反射隔热材料的扫描电镜图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员进一步理解本发明，以下各实施例均按相同的制备方法制备。

各实施例中所用原材料均为市售。

制备方法：

首先，按比例称取Zn(NO₃)₂·6H₂O和Ni(NO₃)₂·6H₂O溶解于适量的去离子水中，在室温下搅拌，将溶液转移至三口烧瓶中在70℃下水浴加热，量取一定量浓度为85％的磷酸缓慢滴加到三口烧瓶中，搅拌，反应1h，将混合溶液倒入烧杯中，缓慢滴加2mol/L的Na₂CO₃溶液，边滴加边搅拌，调节pH值为7，静置，沉淀，抽滤，用去离子水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，将滤饼置于70℃烘箱中干燥6h，得到前驱体粉末，将前驱体置于马弗炉中800℃煅烧2h，随炉冷却，研磨，得到NaZn_1-x(Ni)_xPO₄粉末。

测试方法：选择和NaZn_1-x(Ni)_xPO₄粉末颜色相同的普通颜料，采用分光光度计测试其近红外反射率进行对比，选取聚四氟乙烯为白色定标体，测试波长为780～2500nm之间，测试间隔为5nm。根据GJB2502.1-2006，利用公式

其中E(λ)为太阳光波长为λ处对应的能量，R(λ)为物质对波长为λ的光的反射率。

计算其近红外太阳光反射率。

各实施例的原料配比、制备工艺条件及测试计算的近红外太阳光反射率见附图2，实施例与对比例的近红外反射率对比曲线见附图3～7。图8为本发明多孔近红外反射隔热材料的扫描电镜图。

从图2可以看出，本发明的多孔近红外反射隔热材料NaZn_1-x(Ni)_xPO₄的近红外太阳光反射率为69.33％～74.62％，而普通颜料的平均近红外反射率为61.16％，原因在于本发明的隔热材料不但具备多孔结构，而且对近红外波有良好的反射能力，因此，在隔热材料领域必有广阔的应用前景。