阅读说明：本技术 一种透光隔热涂料的制备方法 (Preparation method of light-transmitting heat-insulating coating ) 是由 林华辉 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明属于建材制备技术领域,具体涉及一种透光隔热涂料的制备方法。本发明将五氧化二钒掺杂钼酸铅矿石粉,将多壁碳纳米管、聚乙烯吡咯烷酮、清洁膜液、二氧化钛溶胶加入到乙酸乙酯中,得到透光隔热涂料,并通过热还原法将五氧化二钒转变为二氧化钒,相变前后结构的变化导致对红外光由透射向反射的可逆转变,二氧化钒相变温度降低后,得到在常温透光,高温隔热的涂层；茶籽提取液经过氧化处理得到的表面带有许多亲水基团,保护二氧化钒晶层不被氧化,是绿色天然非离子表面活性剂,有良好的清洁效果,涂料可形成二氧化钛复合膜层,可阻隔高能量的红外光,提高膜层对可见光的透过率,增强透光特性,具有温度调节能力,具有广阔的应用前景。(The invention belongs to the technical field of building material preparation, and particularly relates to a preparation method of a light-transmitting heat-insulating coating. According to the invention, vanadium pentoxide is doped with lead molybdate ore powder, a multi-walled carbon nanotube, polyvinylpyrrolidone, a cleaning membrane solution and titanium dioxide sol are added into ethyl acetate to obtain a light-transmitting heat-insulating coating, vanadium pentoxide is converted into vanadium dioxide by a thermal reduction method, the reversible conversion of infrared light from transmission to reflection is caused by the change of the structure before and after phase change, and a light-transmitting high-temperature heat-insulating coating at normal temperature is obtained after the phase change temperature of the vanadium dioxide is reduced; the surface of the tea seed extracting solution obtained through oxidation treatment is provided with a plurality of hydrophilic groups, the vanadium dioxide crystal layer is protected from being oxidized, the tea seed extracting solution is a green natural nonionic surfactant, the cleaning effect is good, the coating can form a titanium dioxide composite film layer, high-energy infrared light can be blocked, the transmittance of the film layer to visible light is improved, the light transmission characteristic is enhanced, the temperature regulating capability is realized, and the application prospect is wide.)

一种透光隔热涂料的制备方法

技术领域

本发明属于建材制备技术领域，具体涉及一种透光隔热涂料的制备方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，节能已经成为全社会日益关注的焦点。由于普通玻璃对太阳光不具有选择性，当太阳光透过玻璃窗户的同时，太阳光辐射所产生的热量也同时传递进入室内，使室内温度升高。普通玻璃的隔热效果差，是造成建筑物能量损失或能耗增加的主要原因之一，炎热的夏天使空调负荷明显增大。

目前，市场上主要采用金属镀膜热反射玻璃和各种热反射贴膜阻隔部分太阳光的透过而达到隔热降温的目的。但这些产品的应用都存在一些问题。金属镀膜热反射玻璃虽具有良好的隔热效果，但在可见光的透过率很低(仅为20％左右)，若应用于建筑物玻璃将在一定程度上影响室内的采光；金属镀膜热反射玻璃对可见光的高反射而造成“光污染”，目前其在建筑物中的应用受到限制。各种热反射贴膜玻璃虽然具有较高的可见光透过率(＞50％)，但隔热效果普遍不高。另外，无论是金属镀膜热反射玻璃和各种热反射贴膜大都采用离子溅射或真空镀的加工方法，这些方法需要昂贵的设备投资，工艺条件要求高，生产耗电量大，因此加工得到了金属镀膜热反射玻璃和热反射贴膜的较高，不利于市场大面积推广。

近年来，随着无机/有机复合技术研究的深入和纳米技术的不断发展，采用有机/无机纳米复合技术将具有良好的光学性能、热学性能的无机纳米材料与具有良好成膜性能、力学性能地有机高分子复合形成具有有机-无机双重优良性能的多功能纳米复合涂料。

无机纳米半导体材料由于其特殊的结构，具有较高的禁带宽度和高的导电性能，因而具有一系列独特的光电性能，如在可见光区具有高的透光率，对红外线具有高的反射率，同时可以吸收紫外和衰减微波，是一种优良的光谱选择性材料。将无机纳米半导体材料与有机高分子聚合物成膜剂通过适当的方法进行复合可以制成具有光谱选择性的透明隔热纳米涂料，将其应用于各种基材上，可以制得综合性能良好光谱选择行的透明隔热复合涂层。将该纳米复合涂料施于建筑物的玻璃窗户，由于纳米粒子的粒径远小于可见光波长(380mm～780mm)，可以保证该涂层在可见光区具有高的透过率，既不影响室内采光，又可反射近红外和红外光谱，从而降低空调的电耗，达到节能的目的，这对缓解能源危机和保持社会经济的可持续发展具有重要的意义。该方法不需要昂贵的大型设备投资，施工工艺简便易行，可以有效降低生产成本，有利于向市场推广。

由此可见太阳光谱中的能量绝大部分分布在可见光和近红外区，其中近红外区就占了一半的能量，所以需要制备一种能有效屏蔽红外光又能使可见光透过的热反射隔热涂料，来达到既隔热又不影响可见光透过的新型涂料。

纳米涂料是由纳米粒子相与有机涂料复合而得，纳米粒子具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等特殊效应，在涂料中引入纳米相，可以赋予不同于常规的力学、光学性能；纳米半导体粉体对太阳光谱具有理想的选择性，在可见光区透光率高，而对红外光却具有很好的屏蔽性能。

最近发展起来的阻隔性隔热涂料，其中应用较多的是硅酸盐类复合涂料，其主要采用导热系数低、中空的隔热骨料，如海泡石、膨胀珍珠岩、蛀石、矿岩棉等，结合无机、有机粘结剂和其他助剂制成。

目前隔热涂料存在：较低可见光透过率、不耐高低温变化、隔热性一般等问题。

因此，发明一种优良的隔热涂料对建材制备技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对目前隔热涂料对可见光透过率一般，透光好的隔热涂料，隔热效果不明显，对室内温度难以产生调控作用的缺陷，提供了一种透光隔热涂料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种透光隔热涂料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

将多壁碳纳米管、聚乙烯吡咯烷酮、清洁膜液、二氧化钛溶胶加入到乙酸乙酯中，得到混合液，再将混合液置于高速分散机中，以4000～4500r/min的转速高速分散18～20min，得到透光隔热涂料；

所述的低相变二氧化钒前驱体液具体制备步骤为：

按重量份数计，将10～15份五氧化二钒与30～40份质量分数为20%的草酸溶液混合，得到待还原液，将待还原液、钼酸铅矿石粉、无水乙醇按体积比为1︰2︰5混合，倒入四口烧瓶中，在水浴加热条件下以200～220r/min的转速搅拌反应14～15h，得到低相变二氧化钒前驱体液；

所述的清洁活性剂具体制备步骤为：

（1）按重量份数计，取40～50份茶籽置于破碎机中研磨40～50min后得到茶籽粉，用50～60份正己烷浸泡茶籽粉，搅拌30～45min后，浸泡3～4h，过滤去除滤渣得到浸出液，将浸出液倒入萃取容器中，萃取水洗3～5次，每次水洗用40～50份水，得到粗油，将粗油置于蒸发装置中，加热升温，蒸发2～3h，去除蒸出液，得到茶籽提取液；

（2）按重量份数计，向带有温度计、搅拌器、回流冷凝器的四口烧瓶中，加入70～80份茶籽提取液、20～25份质量分数为25%的甲酸溶液、10～12份质量分数为20%的双氧水和20～30份质量分数为65%的硫酸溶液，加热升温至80～85℃，启动搅拌器，以300～350r/min的转速搅拌，反应2～3h后得到反应产物；

（3）将反应产物移入分液漏斗中，静置分层3～5min，分离得到上层油相，用质量分数为40%的氢氧化钠溶液调节上层油相的pH，再用蒸馏水洗涤上层油相至中性，将洗涤后的上层油相置于油泵中真空蒸馏，蒸馏40～45min后，得到清洁活性剂；

所述的二氧化钛溶胶具体制备步骤为：

向超声分散仪中加入40～50mL无水乙醇和20～30mL钛酸丁酯，控制超声功率为150～200W，超声分散4～6min，得到分散液，将分散液置于带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中，用滴液漏斗以2～3mL/min的滴加速率向三口烧瓶中加入20～25mL调解液，同时启动搅拌器，以200～300r/min的转速开始搅拌反应50～55min得到二氧化钛溶胶。

所述的透光隔热涂料具体制备步骤中清洁膜液由清洁活性剂与低相变二氧化钒前驱体液按体积比为1︰2混合得到。

所述的透光隔热涂料具体制备步骤中混合液各组分原料，按重量份数计，包括8～10份多壁碳纳米管、15～20份聚乙烯吡咯烷酮、40～45份清洁膜液、10～12份二氧化钛溶胶加入到80～90份乙酸乙酯。

所述的低相变二氧化钒前驱体液具体制备步骤中待还原液、钼酸铅矿石粉、无水乙醇混合体积比为1︰2︰5。

所述的低相变二氧化钒前驱体液具体制备步骤中控制水浴温度为80～90℃。

所述的清洁活性剂具体制备步骤（1）中蒸发温度优选为70～80℃。

所述的清洁活性剂具体制备步骤（2）中各组分反应原料，按重量份数计，包括70～80份茶籽提取液、20～25份质量分数为25%的甲酸溶液、10～12份质量分数为20%的双氧水和20～30份质量分数为65%的硫酸溶液。

所述的清洁活性剂具体制备步骤（3）中真空蒸馏前需用氢氧化钠溶液调节上层油相的pH为8. 0～8.5。

所述的二氧化钛溶胶具体制备步骤中调解液为质量分数为20%硝酸溶液和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为5︰1混合配制而成。

本发明的有益效果是：

（1）本发明将五氧化二钒掺杂钼酸铅矿石粉，用热还原法制备得到低相变二氧化钒前驱体液，以茶籽为原料，通过正己烷浸泡茶籽粉，去除滤渣得到浸出液，对浸出液进行萃取水洗后，加热蒸出茶籽提取液，将茶籽提取液、甲酸溶液、双氧水和硫酸溶液加热搅拌反应得到反应产物，经过分液后用碱液除杂得到清洁活性剂，用钛酸乙酯和乙醇为原料超声分散得到分散液，再用调解液调解得到二氧化钛溶胶，最后将清洁活性剂与低相变二氧化钒前驱体液混合，得到清洁膜液，将多壁碳纳米管、聚乙烯吡咯烷酮、清洁膜液、二氧化钛溶胶加入到乙酸乙酯中，高速分散机中高速分散，得到透光隔热涂料，本发明并通过热还原法将五氧化二钒转变为二氧化钒的同时，钼酸铅矿石粉中的钨、钼也被还原掺杂进入二氧化钒中，由于钨、钼等金属元素等价态比钒要高，可在二氧化钒中产生晶格畸变，从而降低二氧化钒的相变温度，二氧化钒是一种具有相变性质的金属氧化物，原本相变温度为68℃，相变前后结构的变化导致对红外光由透射向反射的可逆转变，在本发明中二氧化钒相变温度降低后，使二氧化钒在隔热涂料中得到有效利用，从而得到在常温透光，高温隔热的涂层；

（2）本发明中茶籽提取液经过氧化处理得到的表面带有许多亲水基团，达到一定浓度后会形成团簇，团簇会将二氧化钒晶层包覆，保护二氧化钒晶层不被氧化，本发明中茶籽提取液中茶皂素是一类主要的绿色天然非离子表面活性剂，它又称茶皂甙，是山茶属植物中含有的一类天然糖甙化合物，茶皂素分子中由亲水性的糖体和疏水性的配位基因构成，在玻璃表面可使油水分离，并且对形成的膜层具有良好的清洁效果，本发明的涂料可形成二氧化钛/二氧化钒的复合膜层，在较高温度下，二氧化钒晶层可阻隔高能量的红外光，二氧化钛可提高膜层对可见光的透过率，从而增强透光特性的同时使膜层应用于时具有温度调节能力，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

按重量份数计，将10～15份五氧化二钒与30～40份质量分数为20%的草酸溶液混合，得到待还原液，将待还原液、钼酸铅矿石粉、无水乙醇按体积比为1︰2︰5混合，倒入四口烧瓶中，在水浴加热条件下以200～220r/min的转速搅拌反应14～15h，控制水浴温度为80～90℃，得到低相变二氧化钒前驱体液；按重量份数计，取40～50份茶籽置于破碎机中研磨40～50min后得到茶籽粉，用50～60份正己烷浸泡茶籽粉，搅拌30～45min后，浸泡3～4h，过滤去除滤渣得到浸出液，将浸出液倒入萃取容器中，萃取水洗3～5次，每次水洗用40～50份水，得到粗油，将粗油置于蒸发装置中，加热升温至70～80℃，蒸发2～3h，去除蒸出液，得到茶籽提取液；按重量份数计，向带有温度计、搅拌器、回流冷凝器的四口烧瓶中，加入70～80份茶籽提取液、20～25份质量分数为25%的甲酸溶液、10～12份质量分数为20%的双氧水和20～30份质量分数为65%的硫酸溶液，加热升温至80～85℃，启动搅拌器，以300～350r/min的转速搅拌，反应2～3h后得到反应产物；将反应产物移入分液漏斗中，静置分层3～5min，分离得到上层油相，用质量分数为40%的氢氧化钠溶液调节上层油相的pH为8.0～8.5，再用蒸馏水洗涤上层油相至中性，将洗涤后的上层油相置于油泵中真空蒸馏，蒸馏40～45min后，得到清洁活性剂；向超声分散仪中加入40～50mL无水乙醇和20～30mL钛酸丁酯，控制超声功率为150～200W，超声分散4～6min，得到分散液，将分散液置于带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中，用滴液漏斗以2～3mL/min的滴加速率向三口烧瓶中加入20～25mL调解液，其中调解液为质量分数为20%硝酸溶液和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为5︰1混合配制而成，同时启动搅拌器，以200～300r/min的转速开始搅拌反应50～55min得到二氧化钛溶胶；将清洁活性剂与低相变二氧化钒前驱体液按体积比为1︰2混合，得到清洁膜液，按重量份数计，将8～10份多壁碳纳米管、15～20份聚乙烯吡咯烷酮、40～45份清洁膜液、10～12份二氧化钛溶胶加入到80～90份乙酸乙酯中，得到混合液，再将混合液置于高速分散机中，以4000～4500r/min的转速高速分散18～20min，得到透光隔热涂料。

实施例1

低相变二氧化钒前驱体液的制备：

按重量份数计，将10份五氧化二钒与30份质量分数为20%的草酸溶液混合，得到待还原液，将待还原液、钼酸铅矿石粉、无水乙醇按体积比为1︰2︰5混合，倒入四口烧瓶中，在水浴加热条件下以200r/min的转速搅拌反应14h，控制水浴温度为80℃，得到低相变二氧化钒前驱体液；

茶籽提取液的制备：

按重量份数计，取40份茶籽置于破碎机中研磨40min后得到茶籽粉，用50份正己烷浸泡茶籽粉，搅拌30min后，浸泡3h，过滤去除滤渣得到浸出液，将浸出液倒入萃取容器中，萃取水洗3次，每次水洗用40份水，得到粗油，将粗油置于蒸发装置中，加热升温至70℃，蒸发2h，去除蒸出液，得到茶籽提取液；

反应产物的制备：

按重量份数计，向带有温度计、搅拌器、回流冷凝器的四口烧瓶中，加入70份茶籽提取液、20份质量分数为25%的甲酸溶液、10份质量分数为20%的双氧水和20份质量分数为65%的硫酸溶液，加热升温至80℃，启动搅拌器，以300r/min的转速搅拌，反应2h后得到反应产物；

清洁活性剂的制备：

将反应产物移入分液漏斗中，静置分层3min，分离得到上层油相，用质量分数为40%的氢氧化钠溶液调节上层油相的pH为8.0，再用蒸馏水洗涤上层油相至中性，将洗涤后的上层油相置于油泵中真空蒸馏，蒸馏40min后，得到清洁活性剂；

二氧化钛溶胶的制备：

向超声分散仪中加入40mL无水乙醇和20mL钛酸丁酯，控制超声功率为150W，超声分散4min，得到分散液，将分散液置于带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中，用滴液漏斗以2mL/min的滴加速率向三口烧瓶中加入20mL调解液，其中调解液为质量分数为20%硝酸溶液和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为5︰1混合配制而成，同时启动搅拌器，以200r/min的转速开始搅拌反应50min得到二氧化钛溶胶；

透光隔热涂料的制备：

将清洁活性剂与低相变二氧化钒前驱体液按体积比为1︰2混合，得到清洁膜液，按重量份数计，将8份多壁碳纳米管、15份聚乙烯吡咯烷酮、40份清洁膜液、10份二氧化钛溶胶加入到80份乙酸乙酯中，得到混合液，再将混合液置于高速分散机中，以4000r/min的转速高速分散18min，得到透光隔热涂料。

实施例2

低相变二氧化钒前驱体液的制备：

按重量份数计，将12.5份五氧化二钒与35份质量分数为20%的草酸溶液混合，得到待还原液，将待还原液、钼酸铅矿石粉、无水乙醇按体积比为1︰2︰5混合，倒入四口烧瓶中，在水浴加热条件下以210r/min的转速搅拌反应14.5h，控制水浴温度为85℃，得到低相变二氧化钒前驱体液；

茶籽提取液的制备：

按重量份数计，取45份茶籽置于破碎机中研磨45min后得到茶籽粉，用55份正己烷浸泡茶籽粉，搅拌37.5min后，浸泡3.5h，过滤去除滤渣得到浸出液，将浸出液倒入萃取容器中，萃取水洗4次，每次水洗用45份水，得到粗油，将粗油置于蒸发装置中，加热升温至75℃，蒸发2.5h，去除蒸出液，得到茶籽提取液；

反应产物的制备：

按重量份数计，向带有温度计、搅拌器、回流冷凝器的四口烧瓶中，加入75份茶籽提取液、22.5份质量分数为25%的甲酸溶液、11份质量分数为20%的双氧水和25份质量分数为65%的硫酸溶液，加热升温至82.5℃，启动搅拌器，以325r/min的转速搅拌，反应2.5h后得到反应产物；

清洁活性剂的制备：

将反应产物移入分液漏斗中，静置分层4min，分离得到上层油相，用质量分数为40%的氢氧化钠溶液调节上层油相的pH为8.25，再用蒸馏水洗涤上层油相至中性，将洗涤后的上层油相置于油泵中真空蒸馏，蒸馏42.5min后，得到清洁活性剂；

二氧化钛溶胶的制备：

向超声分散仪中加入45mL无水乙醇和25mL钛酸丁酯，控制超声功率为175W，超声分散5min，得到分散液，将分散液置于带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中，用滴液漏斗以2.5mL/min的滴加速率向三口烧瓶中加入22.5mL调解液，其中调解液为质量分数为20%硝酸溶液和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为5︰1混合配制而成，同时启动搅拌器，以250r/min的转速开始搅拌反应52.5min得到二氧化钛溶胶；

透光隔热涂料的制备：

将清洁活性剂与低相变二氧化钒前驱体液按体积比为1︰2混合，得到清洁膜液，按重量份数计，将9份多壁碳纳米管、17.5份聚乙烯吡咯烷酮、42.5份清洁膜液、11份二氧化钛溶胶加入到85份乙酸乙酯中，得到混合液，再将混合液置于高速分散机中，以4250r/min的转速高速分散19min，得到透光隔热涂料。

实施例3

低相变二氧化钒前驱体液的制备：

按重量份数计，将15份五氧化二钒与40份质量分数为20%的草酸溶液混合，得到待还原液，将待还原液、钼酸铅矿石粉、无水乙醇按体积比为1︰2︰5混合，倒入四口烧瓶中，在水浴加热条件下以220r/min的转速搅拌反应15h，控制水浴温度为90℃，得到低相变二氧化钒前驱体液；

茶籽提取液的制备：

按重量份数计，取50份茶籽置于破碎机中研磨50min后得到茶籽粉，用60份正己烷浸泡茶籽粉，搅拌45min后，浸泡4h，过滤去除滤渣得到浸出液，将浸出液倒入萃取容器中，萃取水洗5次，每次水洗用50份水，得到粗油，将粗油置于蒸发装置中，加热升温至80℃，蒸发3h，去除蒸出液，得到茶籽提取液；

反应产物的制备：

按重量份数计，向带有温度计、搅拌器、回流冷凝器的四口烧瓶中，加入80份茶籽提取液、25份质量分数为25%的甲酸溶液、12份质量分数为20%的双氧水和30份质量分数为65%的硫酸溶液，加热升温至85℃，启动搅拌器，以350r/min的转速搅拌，反应3h后得到反应产物；

清洁活性剂的制备：

将反应产物移入分液漏斗中，静置分层5min，分离得到上层油相，用质量分数为40%的氢氧化钠溶液调节上层油相的pH为8.5，再用蒸馏水洗涤上层油相至中性，将洗涤后的上层油相置于油泵中真空蒸馏，蒸馏45min后，得到清洁活性剂；

二氧化钛溶胶的制备：

向超声分散仪中加入50mL无水乙醇和30mL钛酸丁酯，控制超声功率为200W，超声分散6min，得到分散液，将分散液置于带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中，用滴液漏斗以3mL/min的滴加速率向三口烧瓶中加入25mL调解液，其中调解液为质量分数为20%硝酸溶液和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为5︰1混合配制而成，同时启动搅拌器，以300r/min的转速开始搅拌反应55min得到二氧化钛溶胶；

透光隔热涂料的制备：

将清洁活性剂与低相变二氧化钒前驱体液按体积比为1︰2混合，得到清洁膜液，按重量份数计，将10份多壁碳纳米管、20份聚乙烯吡咯烷酮、45份清洁膜液、12份二氧化钛溶胶加入到90份乙酸乙酯中，得到混合液，再将混合液置于高速分散机中，以4500r/min的转速高速分散20min，得到透光隔热涂料。

对比例1与实例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少低相变二氧化钒前驱体液。

对比例2与实例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少二氧化钛溶胶。

对比例3广州某公司生产的隔热涂料。

分别对本发明和对比例中的隔热涂料进行性能检测，检测结果如表1所示：

检测方法：

导热系数参照ASTM E1530的标准进行检测。

可见光透过率：采用752型紫外可见光光度计测量样品在400~800nm整个可见光段的透过率，形成可见光透射图谱，测试中以空白普通玻璃作为参比；将实施例和对比例置于透明盐雾试验箱中，在温度为60℃，白炽灯照射，进行10%浓度的中型盐雾循环喷雾试验，并于200h和500h后重复上述试验。

表1隔热涂料性能测定结果

通过表1能够看出，本发明制备的透光隔热涂料，可见光透过率较高，透光性较好，导热系数较低，隔热效果明显，有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。