專利名稱：一種智能節(jié)能涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域及材料領(lǐng)域技術(shù)，具體地說本發(fā)表涉及一種智能節(jié)能涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
在全球能源供應(yīng)趨緊的形勢(shì)下，節(jié)能已成為建筑業(yè)必須面對(duì)的另一個(gè)重要課題。 我國(guó)建筑能耗的總量逐年上升，在能源總消費(fèi)量中所占的比例已從上世紀(jì)七十年代末的 10%，上升到近年的27. 45%。而國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑能耗一般占全國(guó)總能耗的33%左右。目前建筑業(yè)的節(jié)能主要體現(xiàn)在窗戶設(shè)計(jì)和照明節(jié)電上。在建筑物窗玻璃以及車船表面涂覆一節(jié)能涂層，改變材料的透過性能，阻隔陽(yáng)光輻射，減少紫外線對(duì)人體的傷害，達(dá)到改善人們乘車、居住環(huán)境，降低空調(diào)能耗的目的。具有光學(xué)阻隔性能的材料很多，部分硼化物如六硼化鑭(LaB6)能阻隔近紅外光 (美國(guó)發(fā)明專利US patent 6060154)氧化錫銻(ATO)對(duì)波長(zhǎng)1400nm-2500nm的近紅外光有很好的阻隔性能(中國(guó)發(fā)明專利CN20071021766.8)氧化銦錫(ITO)對(duì)900-2500nm 的紅外光有很好的阻隔作用(美國(guó)發(fā)明專利US patent 5518810中國(guó)發(fā)明專利CN 200610096832.幻，但這些材料智能被動(dòng)阻隔紅外光，無法做到智能響應(yīng)。金紅石相(R相) 二氧化釩因其在68°C發(fā)生可逆金屬半導(dǎo)體相變的性質(zhì)，相變前后分別具有較高的室溫透過率和很低的高溫透過率，且相變溫度可以通過摻雜鎢、鉬等元素降低到室溫而成為目前應(yīng)用最有前途的智能熱致色變材料。目前，常用的制備含二氧化釩多數(shù)膜的主要方法有磁控濺射、化學(xué)氣相沉(如中國(guó)發(fā)明專利CN20051022085. 4)溶膠-凝膠法等，一方面由于設(shè)備昂貴、成本高及工藝復(fù)雜等原因無法大規(guī)模生產(chǎn)。另一方面，上述方法技術(shù)適用于直接制造節(jié)能玻璃，無法應(yīng)用于既有建筑等的節(jié)能改造。中國(guó)專利200810033032. 6，發(fā)明一種以有機(jī)物為載體的智能保溫膜的制備方法，但由于采取有機(jī)體系有容易老化、結(jié)合強(qiáng)度不高等缺點(diǎn)ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以金紅石相二氧化釩粉體為主要功能粒子，并采用純無機(jī)體系制備二氧化釩智能節(jié)能涂層的方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足。一種二氧化釩智能節(jié)能涂層的制備方法，包括以下步驟1)配制濃度為0. 01 3mol/L的溶膠，于20 60°C下陳化1 10天；2)向步驟1)所得溶膠中加入金紅石相二氧化釩粉體，研磨、混合均勻得到混合體；所述二氧化釩粉體與溶膠的質(zhì)量體積比為1 10000g/ml 1 10g/ml;3)將步驟2、得到的混合體均勻涂覆在基體上，干燥后即得到二氧化釩智能節(jié)能涂層。較佳的，所述步驟1)中，溶膠選自硅溶膠或鈦溶膠中的一種或兩種的混合；所述硅溶膠可以是酸性的也可以是堿性的。所述濃度為0. 01 3mol/L的溶膠是指，溶膠中所含有的前驅(qū)物的總濃度為0. 01 3mol/L ；所述前驅(qū)物為鈦的前驅(qū)物或硅的前驅(qū)物(正硅酸四乙酯)。所述硅溶膠和鈦溶膠可以選用本領(lǐng)域內(nèi)的各種常規(guī)方法配制。本發(fā)明中所配制的鈦溶膠由以下方法制得將無水乙醇、去離子水和濃鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%)混合均勻后加入鈦的前驅(qū)物，攪拌均勻即制得鈦溶膠。以鈦溶膠的總體積為基準(zhǔn)計(jì)，所述鈦的前驅(qū)物的摩爾濃度為0. 01 3mol/L，所述濃鹽酸所占的體積百分含量為 0. 4 2%。較佳的，所述鈦的前驅(qū)物為鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯。本發(fā)明中所配制的酸性硅溶膠由以下方法制得用濃鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)36% )調(diào)節(jié)去離子水的pH值至1. 1 1. 3，然后加入無水乙醇混合均勻，最后加入正硅酸四乙酯，攪拌均勻即制得酸性硅溶膠。以硅溶膠的總體積為基準(zhǔn)計(jì)，所述正硅酸四乙酯的摩爾濃度為 0. 01 3mol/L，所述去離子水所占的體積百分含量為2. 5 5. 5%。本發(fā)明中所配制的堿性硅溶膠由以下方法制得將無水乙醇和正硅酸四乙酯混合均勻，然后邊攪拌邊滴加濃氨水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)27%)，滴加完畢即制得堿性硅溶膠。以硅溶膠的總體積為基準(zhǔn)計(jì)，所述正硅酸四乙酯的摩爾濃度為0. 01 3mol/L，所述濃氨水的體積百分含量為2. 2 2.4%。所述步驟2~)中，所用金紅石相二氧化釩粉體可以是根據(jù)專利200810202066. 3所述的方法制備獲得，也可以是采用其他方法制備的金紅石相二氧化釩粉體以及現(xiàn)有技術(shù)中可獲得的含各種摻雜元素的金紅石相二氧化釩粉體。較佳的，所述金紅石相二氧化釩粉體的粒徑為5 lOOOnm。較佳的，所述金紅石相二氧化釩粉體的相變溫度為10 60°C。所述步驟幻中的基體可以是玻璃、塑料、樹脂等透明或半透明基體，也可以是金屬、木材、混凝土等不透明基材。所述步驟幻中，將混合體涂覆于基體上可采用旋涂、噴涂、淋涂、提拉或者液面下降法等本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)涂膜方法。所述步驟幻中的干燥可以是在常溫下的自然干燥，也可以利用烘箱烘干，如于 30 180°C下干燥0. 1 10h，優(yōu)選于30 90°C下干燥0. 1 10h。本發(fā)明采用一種純無機(jī)體系，以R相二氧化釩粉體為主要功能粒子，攪拌、研磨分散于硅溶膠或者鈦溶膠中，采用旋涂、噴涂、淋涂、提拉或者液面下降等方法制備了無機(jī)體系的智能節(jié)能涂層，可以作為熱致變色薄膜、節(jié)能涂料、節(jié)能油漆、智能節(jié)能玻璃幕墻、溫控裝置以及節(jié)能涂層應(yīng)用，適用于直接制造節(jié)能玻璃，也可以應(yīng)用于既有建筑、車船表面的節(jié)能改造。本發(fā)明與現(xiàn)有的傳統(tǒng)制備方法相比，其具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)(1)涂層制備工藝簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜設(shè)備，生產(chǎn)成本低，便于控制；(2)涂層為全無機(jī)體系，與基體結(jié)合力強(qiáng)，耐腐蝕、耐刮擦；(3)透明性好，能減少太陽(yáng)光的透過減少紫外線對(duì)人體的傷害。


圖1為實(shí)施例中所采用的二氧化釩粉體的XRD圖譜。
圖2為實(shí)施例中所采用的不同相變溫度二氧化釩粉體的升溫過程DSC曲線。圖3為實(shí)施例2所得涂層在2000nm波長(zhǎng)紅外透過隨溫度變化波譜。圖4為實(shí)施例2所得涂層的可見-近紅外透過譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1 取IOOml無水乙醇，加入去離子水0.6細(xì)1，加濃鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)36% ) 0. 98ml，攪拌均勻，最后加入鈦酸異丙酯(TIPT) 2.細(xì)1，攪拌均勻后加無水乙醇至200ml。60°C陳化兩天。取0. 5克金紅石相二氧化釩粉體(相變溫度為18°C )，溶于5ml溶膠中，研磨5分鐘后在500rpm轉(zhuǎn)速攪拌10分鐘混合均勻后，在勻膠機(jī)中以600rpm的轉(zhuǎn)速旋涂于玻璃基材上， 于60°C下干燥lh，得到透明智能節(jié)能涂層。實(shí)施例2 取IOOml無水乙醇，加入去離子水0.6細(xì)1，加濃鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)36 9. 8ml，攪拌均勻，最后加入鈦酸四丁酯(Tetra-n-butyl Titanate) 200ml，攪拌均勻后加無水乙醇至 500ml。60°C陳化兩天。取0. 02克金紅石相二氧化釩粉體(相變溫度為35°C )，溶于200ml 溶膠中，研磨5分鐘后在500rpm轉(zhuǎn)速攪拌10分鐘混合均勻后，在提拉機(jī)中以lOcm/min的提拉速度提拉于玻璃基材上，于40°C下干燥池，得到智能節(jié)能涂層。實(shí)施例3 取去離子水10ml，加濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值至1. 25，與IOOml無水乙醇混合均勻，再加入正硅酸四乙酯(TE0S)48ml，攪拌均勻后加無水乙醇至200ml。60°C陳化2天。取0. 2克金紅石相二氧化釩粉體(相變溫度為45°C )溶于IOOml溶膠中，研磨5分鐘后在500rpm轉(zhuǎn)速攪拌10分鐘混合均勻后，淋涂于塑料基材上，于20°C下干燥4h，得到智能節(jié)能涂層。實(shí)施例4 取無水乙醇100ml，加入正硅酸四乙酯(TEOS) 4. 8ml，混合均勻，邊攪拌，邊逐滴加入27%濃氨水4. 6ml，最后加無水乙醇至200ml，密封，室溫陳化10天后，室溫下回流3小時(shí)除去氨。取0. 03克金紅石相二氧化釩粉體(相變溫度為56°C )，溶于60ml溶膠中，研磨5 分鐘后在500rpm轉(zhuǎn)速攪拌10分鐘混合均勻后，噴涂于金屬基材上，于80°C下干燥0. 5h,得到透明智能節(jié)能涂層。實(shí)施例5 取去離子水10ml，加濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值至1. 25，與IOOml無水乙醇混合均勻，再加入正硅酸四乙酯(TEOS) MOml，攪拌均勻后加無水乙醇至400ml。60°C陳化2天。取0. 4克金紅石相二氧化釩粉體(相變溫度為18°C )溶于IOOml溶膠中，研磨5分鐘后在500rpm轉(zhuǎn)速攪拌10分鐘混合均勻后，淋涂于塑料基材上，于20°C下干燥4h，得到智能節(jié)能涂層。實(shí)施例6:取去離子水10ml，加濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值至1. 25，與IOOml無水乙醇混合均勻，再加入正硅酸四乙酯(TE0S)60ml，攪拌均勻后加無水乙醇至200ml。60°C陳化2天。取0. 6克金紅石相二氧化釩粉體(相變溫度為25°C )溶于IOOml溶膠中，研磨5分鐘后在500rpm轉(zhuǎn)速攪拌10分鐘混合均勻后，淋涂于塑料基材上，于20°C下干燥4h，得到智能節(jié)能涂層。
權(quán)利要求
1.一種二氧化釩涂層的制備方法，包括以下步驟1)配制濃度為0.01 3mol/L的溶膠，于20 60°C下陳化1 10天；2)向步驟1)所得溶膠中加入金紅石相二氧化釩粉體，研磨、混合均勻得到混合體；所述二氧化釩粉體與溶膠的質(zhì)量體積比為1 10000g/ml 1 10g/ml ；3)將步驟幻得到的混合體均勻涂覆在基體上，干燥后即得到二氧化釩涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的二氧化釩涂層的制備方法，其特征在于，所述溶膠為鈦溶膠或硅溶膠中的一種或兩種的混合。
3.如權(quán)利要求2所述的二氧化釩涂層的制備方法，其特征在于，所述硅溶膠為酸性硅溶膠或堿性硅溶膠。
4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的二氧化釩涂層的制備方法，其特征在于，所述金紅石相二氧化釩粉體的粒徑為5 lOOOnm。
5.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的二氧化釩涂層的制備方法，其特征在于，所述金紅石相二氧化釩粉體的相變溫度為10 60°C。
6.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的二氧化釩涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟幻中，將混合體涂覆于基體上采用旋涂、噴涂、淋涂、提拉或者液面下降法進(jìn)行。
7.—種二氧化釩涂層，其特征在于，由權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的制備方法制得。
8.如權(quán)利要求7所述的二氧化釩涂層在熱致變色薄膜、節(jié)能涂料、節(jié)能油漆、智能節(jié)能玻璃幕墻、溫控裝置以及節(jié)能涂層中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種二氧化釩涂層的制備方法，包括以下步驟1)配制濃度為0.01～3mol/L的溶膠，于20～60℃下陳化1～10天；2)向步驟1所得溶膠中加入金紅石相二氧化釩粉體，研磨、混合均勻得到混合體；所述二氧化釩粉體與溶膠的質(zhì)量體積比為1:10000g/ml～1:10g/ml；3)將步驟2得到的混合體均勻涂覆在基體上，干燥后即得到二氧化釩智能節(jié)能涂層。本發(fā)明的涂層制備工藝簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜設(shè)備，生產(chǎn)成本低，便于控制；所制得的涂層為全無機(jī)體系，與基體結(jié)合力強(qiáng)，耐腐蝕、耐刮擦；并且透明性好，能減少太陽(yáng)光的透過減少紫外線對(duì)人體的傷害。
文檔編號(hào)C04B14/30GK102399072SQ201010274488
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者周家東, 曹傳祥, 羅宏杰, 高彥峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所