铈/氮掺杂钛酸镧基红外复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开一种铈/氮掺杂钛酸镧基红外复合材料及其制备方法。红外复合材料的组成及重量百分含量为：成膜材料，57～65，浅棕色红外填料，25‑29，溶剂，9～13，消泡剂，0.5，增稠剂，0.5；其中，所述浅棕色红外填料通式为Ce

说明书

技术领域

本发明属于红外复合材料技术领域，特别是一种环境友好、价格低廉、隔热性能好的铈/氮掺杂钛酸镧基红外复合材料及其制备方法。

背景技术

太阳辐射能量的98%都处在0.15～3μm波段内（包括紫外、可见光波段和近红外波段），其中可见光波段（400nm～700nm）和近红外波段(700～2500nm)辐射能量之和占太阳总辐射能量的95%左右。如果能够将可见光和近红外光反射，就能够使太阳照射下的物体变得凉爽，节约能源也。

目前，国内外研究学者和机构已经对具有反射性能的材料开展了很多研究，特别是在近红外波段的反射性能研究。真田和俊研究了红外线反射性能在实际中的应用，其采用的黑色颜料、涂料和树脂组合物的近红外反射性能可以达到65%左右（真田和俊，红外线反射用黑色颜料、涂料和树脂组合物，中华人民共和国国家知识产权局，2008年）。马丁-扬森等研究了三种晶体结构的氧化物-氮化物基着色颜料，扩宽了着色颜料的色谱宽度并增强了颜色强度（CN95108649-氧化物-氮化物基着色颜料及其制备和用途.1995年）。很多研究机构也迫切地在寻找无毒、高性能的红外复合材料的制备工艺和优化条件，以取代传统的有毒低性能材料，从而适应社会对环境保护和产品性能的要求。

然而，上述方法存在制备温度高、反应时间长、原料来源困难、应用不广泛等问题。特别是没有对红外复合材料的隔热性能进行深入研究。

总之，现在技术存在的问题是：红外反射材料隔热性能差、环境不友好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铈/氮掺杂钛酸镧基红外复合材料，环境友好，隔热性能好。

本发明的另一目的在于提供一种铈/氮掺杂钛酸镧基红外复合材料的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种铈/氮掺杂钛酸镧基红外复合材料，其组成及重量百分含量为：

成膜材料，57～65；

浅棕色红外填料，25～29；

溶剂，9～13；

消泡剂，0.5；

增稠剂，0.5；

其中，所述浅棕色红外填料通式为Ce_xLa_1-xTi(O,N)₃的粉末，式中，x=0.1、0.3、0.5、0.7或1.0。

优选地，所述成膜材料为醇酸清漆。

优选地，所述溶剂为松香水。

优选地，所述消泡剂为DC-65有机硅消泡剂。

优选地，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠。

实现本发明另一目的的技术解决方案为：

一种铈/氮掺杂钛酸镧基红外复合材料及其制备方法，包括如下步骤：

（10）制备浅棕色红外填料：将浅棕色红外填料的原料混合、水浴加热、预处理、干燥、煅烧、氨解，得到浅棕色红外填料粉末，待用；

（20）混料：按配比先将成膜材料、溶剂、消泡剂及增稠剂混合搅拌均匀，再加入浅棕色红外填料研磨均匀使其充分分散，得到红外复合材料。

优选地，所述制备浅棕色红外填料步骤包括：

（11）原料混合：将钛酸四丁酯溶于乙二醇中，得到乳白色粘稠基液，将六水合硝酸铈和九水合硝酸镧在室温下搅拌，溶于上述粘稠基液中，得到反应液；

（12）水浴加热：将所述反应液水浴加热，搅拌同时缓慢加入一水合柠檬酸；

（13）预处理：继续搅拌，以氨水溶液作为中和试剂和反应促进剂，调节反应液PH值，并继续升温，得到粘稠状液体；

（14）干燥：将上述，粘稠状液体放入烘箱中干燥，得到干凝胶；

（15）煅烧：将干凝胶研磨后放入马弗炉中煅烧，制得前驱体粉末；

（16）氨解：将上述前驱体粉末置于管式炉中，氨解，在氨气气氛下随炉冷却，研磨，得到所述浅棕色红外填料粉末。

优选地，

所述（11）原料混合及（12）水浴加热步骤中，六水合硝酸镧、六水合硝酸铈、钛酸四丁酯、一水合柠檬酸的重量比为(17.55～0.00)：（2.61～26.05）：20.42：75.65。

优选地，所述（12）水浴加热步骤中，加热温度为85℃，加热时间为3h。

优选地，所述（13）预处理步骤中，氨水溶液浓度为1～4mol/L，反应液PH调节至8～9。

优选地，所述（14）干燥步骤中，干燥温度为100～130℃，干燥时间为4～10h。

优选地，所述（15）煅烧步骤中，煅烧温度为700～950℃，煅烧时间为2～4h。

优选地，所述（16）氨解步骤中，氨解温度为800～1000℃，氨解时间为3～5h。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1、隔热性能好：制备的Ce_xLa_1-xTi(O,N)₃粉末，由于原子内或原子间的电荷跃迁，呈浅棕色且在近红外波段具有良好的反射性能，能有效反射近红外波段辐射能量，因此本专利的红外复合材料，与现有的相似颜色的红外复合材料相比，具有更好的阻隔太阳热能向涂层内部传递的性能，可降低室内温度4.0℃-4.4℃；

2、环境友好：不含Pb、Cd、Cr、Ni等重金属氧化物，有利于环境保护及人类健康；

3、成本低：制备方法简单，合成设备及原料易得，成本低廉。

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为隔热性能测试实验装置图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员进一步理解本发明，以下实施例均按相同的制备方法制备。

首先，制备浅棕色红外填料：将浅棕色红外填料的原料混合、水浴加热、预处理、干燥、煅烧、氨解，得到浅棕色红外填料粉末；其中，原料六水合硝酸镧、六水合硝酸铈、钛酸四丁酯、一水合柠檬酸均为市售分析纯。浅棕色红外填料原料配比如表1所示，从而得到通式为Ce_xLa_1-xTi(O,N)₃的粉末，如表1所示。

表1浅棕色红外填料原料配比及浅棕色红外填料成分表

然后，混料：按表2所示的红外复合材料配比先将成膜材料、溶剂、消泡剂及增稠剂混合搅拌均匀，再加入浅棕色红外填料研磨均匀使其充分分散，得到红外复合材料。

其中，醇酸清漆、松香水、DC-65有机硅消泡剂以及羧甲基纤维素钠均为市售原料。

表2红外复合材料配比表

将实施例及对比例的红外复合材料按标准JG/T 23-2001均匀涂刷于铝板（厚度2mm）上，涂刷层厚度为60μm，涂刷后在自然环境下放置7天，制成红外复合材料测试板。

为检验本发明铈/氮掺杂钛酸镧基红外复合材料的隔热效果，将表2所述实施例中的红外复合材料与由市售的黄棕色氧化铁黄（Y01）颜料按与实施例中的红外复合材料相同的混料方法制得的材料（对比例）相比较。比较实验使用的装置如图1所示。其中测试仪器包括：近红外灯（BR 125 IR Red, 250 W）；数字温度计（VC6801A）。

装置模拟倾斜房屋而制，其中，箱体为中空，四面及底部材料为聚苯乙烯泡沫板，厚度为10mm, 箱体的长×宽×高max×高min为 80×80×150×120mm，在箱体的一面开孔固定温度计探头，探头位于箱体中心，具体步骤如下：

（1）将由实施例及对比例制备的红外复合材料测试板，放在箱体上方，涂刷涂料的一面朝上，两箱体的几何中心应在灯泡的中心正下方，而且两箱体相邻面相距40mm；

（2）近红外灯与箱体最高点之间的距离为150mm，打开稳压电源，20分钟后两个箱体的内部空气温度稳定，温度计显示数值基本不变。计算两箱体内温度差值，结果如表3所示。温度差=实施例箱体的内部温度—对比例箱体的内部温度。

表3 实施例与对比例之间的箱体内部温度差

实施例123456温度差（℃）-4.2-4.2-4.0-4.1-4.4-4.3

从表3中的测试结果可以看出，本发明的各实施例对应的箱体内部温度，均低于对比例对应的箱体内部温度，相差分别为-4.2℃、-4.2℃、-4.0℃、-4.1℃、-4.4℃、-4.3℃。本发明的铈/氮掺杂钛酸镧基红外复合材料可有效阻隔太阳热能向涂层内部传递，达到降低内部空间温度，节省高温天气制冷能耗，缓解城市热岛效应的效果。而且，原料及成品中均不含Cd、Cr、Ni等重金属氧化物，有利于环境保护及人类健康；制备方法简单，合成设备及原料易得，成本低廉。