本發(fā)明涉及吸熱材料，尤其涉及一種含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料。
背景技術(shù)：
能源利用在人類社會發(fā)展中占有舉足輕重的地位，但過度的開發(fā)資源和低效率的資源利用，使人類面臨著嚴(yán)峻的考驗。眾所周知，太陽能是一種來源最豐富和可廣泛獲取的可再生能源，對解決能源危機(jī)和環(huán)境問題具有重大的作用，且太陽能以獨(dú)具的儲量無限性、存在的普遍性、開發(fā)利用的清潔性，使其成為了各國競相研究的熱點(diǎn)。我國蘊(yùn)藏著豐富的太陽能資源，太陽能利用前景廣闊，目前已是世界上太陽能熱水器的第一使用國和生產(chǎn)國。
太陽能光熱應(yīng)用是人類利用太陽能最簡單、最直接、最有效的方法之一，但由于太陽能到達(dá)地球后能量密度較小又不連續(xù)，因此，為大規(guī)模的開發(fā)利用帶來了困難。長期以來，如何將低品位的太陽能轉(zhuǎn)換成高品位的熱能，并對太陽能進(jìn)行富集，以便最大限度地利用太陽能，成為研究的熱門話題。在現(xiàn)有的光熱應(yīng)用技術(shù)當(dāng)中，選擇性吸收涂層技術(shù)被公認(rèn)為是其中較為核心的技術(shù)，它對提高太陽能熱轉(zhuǎn)換效率，大規(guī)模推廣太陽能光熱應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。
眾所周知，太陽能吸收涂層主要分為光譜選擇性吸收涂層和高吸收率吸收涂層，光譜選擇性吸熱涂層是一種具有對可見-近紅外光高吸收，對紅外光高反射的特種涂層，即它能有效地吸收太陽能，而受熱后自身長波造成的熱損失很小，廣泛應(yīng)用于太陽能光熱轉(zhuǎn)換，如太陽能熱水器、太陽能發(fā)電等。太陽能吸熱涂層擔(dān)負(fù)著接收并吸收太陽能量的重要作用，影響著整個太陽能吸熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性及效率的高低。太陽能吸熱涂料是一種功能性涂料，用它制成的膜將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，膜在室外條件下工作，必須具有良好的耐候性和防水性。
現(xiàn)在的太陽能吸熱涂料，專門針對太陽能涂料的耐候性和防水性的研究比比皆是，現(xiàn)今利用納米材料作為吸熱材料的原料，能提高涂層的耐候性和吸熱效率，例如中國專利CN 102286243 A，但是成本極高；也有利用改變顏料的配方來改善制備成的涂料的耐候性能，例如中國專利CN 102134428 B，但其制備的工藝流程復(fù)雜，要求較高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種太陽能涂料，通過將對成膜劑進(jìn)行改性后作為制備本申請涂料的重要原料，不僅能使得制成的涂料在室外條件下具有良好的耐候性和防水性，且制備的工藝簡單易懂，并且能保證吸熱涂料的吸熱效率，具有極大的推廣價值。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料，包括成膜劑、吸光劑、成膜助劑、溶劑和助劑，將吸光劑與成膜劑、溶劑和助劑利用球磨的方法分散均勻后，再加入成膜助劑混合均勻，即可得到含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料；所述成膜劑、吸光劑、成膜助劑、溶劑和助劑按照重量份數(shù)比計為：成膜劑50-100份；成膜助劑10-30份；吸光劑35-55份；溶劑20-50份；助劑10-30份；所述成膜助劑為二丙二醇單甲醚、丙二醇甲醚乙酸酯、二丙酮醇、丙二醇苯醚中的至少一種混合物；所述成膜劑為改性酪素-明膠；所述成膜劑的制備方法為：將按照重量比酪素：明膠為5-10：2-3進(jìn)行混合，然后加入水，在15℃-22℃條件下浸泡一段時間后，移至常溫后加入按照重量份比甲基丙烯酸羥乙酯：聚二甲基硅氧烷＝1-2:1-3的混合液，反應(yīng)一段時間后，冷卻至常溫，然后在200-300℃條件下煅燒5-10h，并將煅燒后的產(chǎn)物進(jìn)行氣流粉碎、分級，控制D50為10-20μm，再在400-500℃高溫煅燒8-15h，煅燒后進(jìn)行球磨1-3h，即可得到改性酪素-明膠。
在本發(fā)明中，進(jìn)一步地，所述成膜劑的制備方法為：所述攪拌的速度為50-100r/min；所述攪拌的時間為1-5min。
在本發(fā)明中，進(jìn)一步地，所述加入水的重量為酪素與明膠總重量的1/10-1/5。
在本發(fā)明中，進(jìn)一步地，所述浸泡的時間為10-15min；所述反應(yīng)的時間為5-15min，反應(yīng)的溫度為70℃-80℃。
在本發(fā)明中，進(jìn)一步地，所述吸光劑為鈷藍(lán)粉、鈷錳銅氧化物與搪瓷黑或鈷藍(lán)粉、鈷錳銅氧化物與有機(jī)炭黑調(diào)配成黑色；或者使用氧化鉻綠粉、硒硫化鎘粉、氧化鐵紅粉調(diào)配成紅色；或者使用硫化鉛與鈷藍(lán)粉調(diào)配成藍(lán)色；或者使用氧化鉻綠粉、鉛白粉與鈷藍(lán)粉調(diào)配成綠色。
在本發(fā)明中，進(jìn)一步地，所述溶劑為乙酸、無水醋酸丁酯、丙三醇、四氫呋喃-氧化丙烯共聚二醇和聚氨酯聚醚多元醇中的一種或幾種。
在本發(fā)明中，進(jìn)一步地，所述助劑為增塑劑、偶聯(lián)劑、流平劑、潤濕劑和消泡劑，增塑劑、偶聯(lián)劑、流平劑、潤濕劑和消泡劑的重量比為2-3:3-5:3-5:2-5:1-3。
進(jìn)一步地，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯。
進(jìn)一步地，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、金屬復(fù)合偶聯(lián)劑、磷酸酯偶聯(lián)劑、硼酸酯偶聯(lián)劑中的一種或者至少兩種的混合物。
進(jìn)一步地，所述流平劑為EFKA3570、EFKA 3580、YCK-1360、BYK-333和TEGO Glide 100中一種或至少二種混配。
進(jìn)一步地，所述潤濕劑為聚硅氧烷、聚醚改性的聚二甲基聚硅氧烷和聚酯改性的聚二甲基硅氧烷中的一種。
進(jìn)一步地，所述消泡劑為聚氧乙烯氧丙烯甘油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯。
在本申請中涉及的原料與器材均能在市面上采購得到。
本與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有的有益效果為：
1、本發(fā)明通過將改性后的成膜劑，即為改性酪素-明膠與吸光劑、溶劑和助劑利用球磨的方法分散均勻，再加上成膜助劑混合均勻后，得到含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料。該原料制備出來的吸熱涂料利用球磨的方法能使得原料充分分散，無需再添加分散劑，進(jìn)而降低制備成本；先后利用化學(xué)改性、物理改性將酪素和明膠進(jìn)行改性，得到的改性酪素-明膠作為吸熱涂料原料中的成膜劑，能使得制備出來的吸熱涂料在-30℃下不斷裂，延伸性增強(qiáng)，耐寒性能、耐熱性能顯著改善，且降低了著火的可能性，通過化學(xué)反應(yīng)，控制反應(yīng)的溫度，能使得改性酪素-明膠在適合的溫度下反應(yīng)，避免反應(yīng)過慢，增加制備的時間或者反應(yīng)過快，改性過火出現(xiàn)結(jié)塊的問題，且在反應(yīng)過程中將聚二甲基硅氧烷段引入酪素、明膠結(jié)構(gòu)中，同時封閉了及性強(qiáng)對誰敏感的氨基，羧基和羥基等基團(tuán)上，降低了改性后的酪素-明膠的親水性，提高了成膜的防水性能。
2、本發(fā)明選的吸光劑可以調(diào)配出多種顏色，可以使用鈷藍(lán)粉、鈷錳銅氧化物與搪瓷黑或鈷藍(lán)粉、鈷錳銅氧化物與有機(jī)炭黑調(diào)配成黑色；或者使用氧化鉻綠粉、硒硫化鎘粉、氧化鐵紅粉調(diào)配成紅色；或者使用硫化鉛與鈷藍(lán)粉調(diào)配成藍(lán)色；或者使用氧化鉻綠粉、鉛白粉與鈷藍(lán)粉調(diào)配成綠色；增加了涂料的多色性，解決了色彩單一，裝飾性差的問題，使得本申請制備出來的涂料適用于多種環(huán)境下，具有較大的推廣性；且調(diào)配成黑色、紅色、藍(lán)色或者綠色都使用了短波區(qū)顏色與長波區(qū)顏色相結(jié)合，能夠顯著提高太陽光的吸收率。
3、本發(fā)明中選用的溶劑是專門針對本申請中的成膜劑(改性酪素-明膠)設(shè)計的，能夠快速將成膜劑溶解，然后與其他原料一起進(jìn)行球磨，混合均勻分散，使得制備得到的吸光涂料的成分分布均勻，密度相近，使用本申請制備的太陽光吸熱涂料對底材進(jìn)行涂布后，吸熱更加均勻。
4、本申請使用的助劑能夠整體的完善本發(fā)明涂料的各種性能，針對本申請選用的成膜劑與顏料類型，專門選用相配合的助劑，增強(qiáng)本發(fā)明涂料的各種性能，例如選用的偶聯(lián)劑能提高涂料的延伸性，防止涂布后的底材爆裂；選用的濕潤劑能夠降低涂料的表面張力，增加了涂料在涂布的時候濕潤底材的表面的能力；選用的流平劑能夠在進(jìn)行底材涂布的時候得到一個平整、光滑、均勻的涂膜；選用的消泡劑能夠抑制泡沫產(chǎn)生的物質(zhì)，它與液體起泡物質(zhì)一同吸附于氣泡上，使表面張力降低，泡膜變薄，導(dǎo)致破損，可預(yù)防起泡現(xiàn)象。
5.本發(fā)明的制備工藝簡單、易懂，可行性高，且經(jīng)過試驗證明涂料進(jìn)行涂布后吸收可見光與紅外光性能高，導(dǎo)熱性高，防水性強(qiáng)，耐高溫，耐腐蝕，穩(wěn)定性能高，發(fā)射率低，透射率高，涂層附著力強(qiáng)，密度高，是理想的含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料，具有極大的推廣價值。
具體實施方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
實施例1：
一種含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料，原料為：
成膜劑：改性酪素-明膠50kg；
成膜助劑：二丙二醇單甲醚4kg丙二醇甲醚乙酸酯6kg；
吸光劑：將鈷藍(lán)粉8kg、鈷錳銅氧化物12kg、搪瓷黑15kg調(diào)配成黑色；
溶劑：乙酸6kg、無水醋酸丁酯8kg、丙三醇6kg；
助劑為增塑劑、偶聯(lián)劑、流平劑、潤濕劑和消泡劑，其中，
增塑劑：鄰苯二甲酸二丁酯2kg；
偶聯(lián)劑：硅烷偶聯(lián)劑1kg、鈦酸酯偶聯(lián)劑2kg；
流平劑：EFKA3570 2kg、EFKA 3580 1kg進(jìn)行均勻混配；
潤濕劑：聚硅氧烷2kg；
消泡劑：聚氧乙烯氧丙烯甘油1kg。
依上述的原料制備含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料的步驟如下：
(1)將酪素與明膠按照重量比為5：2進(jìn)行混合，即為酪素35.7kg、明膠14.3kg，然后加入水25kg，在溫度為15℃條件下浸泡10min后，移至常溫后再加入按照重量份比甲基丙烯酸羥乙酯：聚二甲基硅氧烷＝1:1的混合液，在溫度為70℃條件下反應(yīng)5min后，冷卻至常溫，再以速度為50r/min攪拌1min，然后在200℃條件下煅燒5h，并將煅燒后的產(chǎn)物進(jìn)行氣流粉碎、分級，控制D50為10μm，再在400℃高溫煅燒8h，煅燒后進(jìn)行球磨1h，即可得到改性酪素-明膠；
(2)按照重量份數(shù)比，將吸光劑與成膜劑、溶劑和助劑投入球磨機(jī)內(nèi)，啟動球磨機(jī)進(jìn)行球磨作業(yè)5min將各個原料球磨分散均勻后，再加入成膜助劑混合均勻后，即可得到含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料。
實施例2：
一種含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料，原料為：
成膜劑：改性酪素-明膠100kg；
成膜助劑：丙二醇甲醚乙酸酯10kg、二丙酮醇10kg、丙二醇苯醚10kg；
吸光劑：使用鈷藍(lán)粉10kg、鈷錳銅氧化物20kg與有機(jī)炭黑25kg調(diào)配成黑色；
溶劑：丙三醇15kg、四氫呋喃-氧化丙烯共聚二醇15kg和聚氨酯聚醚多元醇25kg；
助劑為增塑劑、偶聯(lián)劑、流平劑、潤濕劑和消泡劑，其中，
增塑劑：鄰苯二甲酸二丁酯3kg；
偶聯(lián)劑：鋁酸酯偶聯(lián)劑2kg；
流平劑：YCK-1360 5kg；
潤濕劑：聚醚改性的聚二甲基聚硅氧烷2kg；
消泡劑：聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚3kg；
依上述的原料制備含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料的步驟如下：
(1)將酪素與明膠按照重量比為10：3進(jìn)行混合，即為酪素77kg、明膠23kg，然后加入水20kg，在溫度為22℃條件下浸泡15min后，移至常溫后再加入按照重量份比甲基丙烯酸羥乙酯：聚二甲基硅氧烷＝1:3的混合液，在溫度為72℃條件下反應(yīng)15min后，冷卻至常溫，再以速度為100r/min攪拌5min，然后在300℃條件下煅燒10h，并將煅燒后的產(chǎn)物進(jìn)行氣流粉碎、分級，控制D50為20μm，再在500℃高溫煅燒15h，煅燒后進(jìn)行球磨3h，即可得到改性酪素-明膠；
(2)按照重量份數(shù)比，將吸光劑與成膜劑、溶劑和助劑投入球磨機(jī)內(nèi)，啟動球磨機(jī)進(jìn)行球磨作業(yè)15min將各個原料球磨分散均勻后，再加入成膜助劑混合均勻后，即可得到含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料。
實施例3：
一種含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料，原料為：
成膜劑：改性酪素-明膠80kg；
成膜助劑：丙二醇甲醚乙酸酯5kg、丙二醇甲醚乙酸酯10kg、二丙酮醇10kg；
吸光劑：使用氧化鉻綠粉18kg、硒硫化鎘粉12kg、氧化鐵紅粉20kg調(diào)配成紅色；
溶劑：乙酸20kg、和聚氨酯聚醚多元醇20kg；
助劑為增塑劑、偶聯(lián)劑、流平劑、潤濕劑和消泡劑，其中，
增塑劑：鄰苯二甲酸二丁酯2kg；
偶聯(lián)劑：磷酸酯偶聯(lián)劑2kg、硼酸酯偶聯(lián)劑2kg的混合物；
流平劑：BYK-333 2kg和TEGO Glide 100 2kg混配；
潤濕劑：聚酯改性的聚二甲基硅氧烷3kg；
消泡劑：聚氧丙烯2kg。
依上述的原料制備含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料的步驟如下：
(1)將酪素與明膠按照重量比為2：1進(jìn)行混合，即為酪素53kg、明膠27kg，然后加入水10kg，在溫度為18℃條件下浸泡12min后，移至常溫后再加入按照重量份比甲基丙烯酸羥乙酯：聚二甲基硅氧烷＝2:1的混合液，在溫度為75℃條件下反應(yīng)9min后，冷卻至常溫，再以速度為60r/min攪拌2min，然后在220℃條件下煅燒6h，并將煅燒后的產(chǎn)物進(jìn)行氣流粉碎、分級，控制D50為12μm，再在420℃高溫煅燒10h，煅燒后進(jìn)行球磨1.5h，即可得到改性酪素-明膠；
(2)按照重量份數(shù)比，將吸光劑與成膜劑、溶劑和助劑投入球磨機(jī)內(nèi)，啟動球磨機(jī)進(jìn)行球磨作業(yè)8min將各個原料球磨分散均勻后，再加入成膜助劑混合均勻后，即可得到含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料。
實施例4：
一種含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料，原料為：
成膜劑：改性酪素-明膠60kg；
成膜助劑：二丙二醇單甲醚15kg、丙二醇甲醚乙酸酯15kg、二丙酮醇15kg、丙二醇苯醚15kg；
吸光劑：使用硫化鉛20kg與鈷藍(lán)粉20kg調(diào)配成藍(lán)色；
溶劑：無水醋酸丁酯10kg、丙三醇5kg和聚氨酯聚醚多元醇15kg；
助劑為增塑劑、偶聯(lián)劑、流平劑、潤濕劑和消泡劑，其中，
增塑劑：鄰苯二甲酸二丁酯2kg；
偶聯(lián)劑：磷酸酯偶聯(lián)劑1kg、硼酸酯偶聯(lián)劑2kg；
流平劑：TEGO Glide 100 2kg；
潤濕劑：聚酯改性的聚二甲基硅氧烷2kg；
消泡劑：聚氧丙烯甘油醚1kg；
依上述的原料制備含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料的步驟如下：
(1)將酪素與明膠按照重量比為4：1進(jìn)行混合，即為酪素48kg、明膠12kg，然后加入水6.7kg，在溫度為19℃條件下浸泡14min后，移至常溫后再加入按照重量份比甲基丙烯酸羥乙酯：聚二甲基硅氧烷＝2:3的混合液，在溫度為80℃條件下反應(yīng)12min后，冷卻至常溫，再以速度為70r/min攪拌3min，然后在250℃條件下煅燒7h，并將煅燒后的產(chǎn)物進(jìn)行氣流粉碎、分級，控制D50為16μm，再在460℃高溫煅燒12h，煅燒后進(jìn)行球磨2h，即可得到改性酪素-明膠；
(2)按照重量份數(shù)比，將吸光劑與成膜劑、溶劑和助劑投入球磨機(jī)內(nèi)，啟動球磨機(jī)進(jìn)行球磨作業(yè)13min將各個原料球磨分散均勻后，再加入成膜助劑混合均勻后，即可得到含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料。
實施例5：
一種含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料，原料為：
成膜劑：改性酪素-明膠75kg；
成膜助劑：二丙二醇單甲醚7kg、丙二醇甲醚乙酸酯10kg、二丙酮醇5kg；
吸光劑：使用氧化鉻綠粉25kg、鉛白粉5kg與鈷藍(lán)粉15kg調(diào)配成綠色；
溶劑：乙酸12kg、無水醋酸丁酯8kg、丙三醇7kg、四氫呋喃-氧化丙烯共聚二醇5kg和聚氨酯聚醚多元醇6kg；
助劑為增塑劑、偶聯(lián)劑、流平劑、潤濕劑和消泡劑，其中，
增塑劑：鄰苯二甲酸二丁酯3kg；
偶聯(lián)劑：硅烷偶聯(lián)劑2kg硼酸酯偶聯(lián)劑2kg；
流平劑：EFKA3570 1kg、YCK-1360 1kg、BYK-333 1kg；
潤濕劑：聚硅氧烷5kg；
消泡劑：聚氧丙烯甘油醚1kg。
依上述的原料制備含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料的步驟如下：
(1)將酪素與明膠按照重量比為9：2進(jìn)行混合，即為酪素61kg、明膠14kg，然后加入水的重量為8.3kg，在溫度為20℃條件下浸泡13min后，移至常溫后再加入按照重量份比甲基丙烯酸羥乙酯：聚二甲基硅氧烷＝2:3的混合液，在溫度為78℃條件下反應(yīng)11min后，冷卻至常溫，再以速度為80r/min攪拌4min，然后在280℃條件下煅燒9h，并將煅燒后的產(chǎn)物進(jìn)行氣流粉碎、分級，控制D50為19μm，再在475℃高溫煅燒13h，煅燒后進(jìn)行球磨2.5h，即可得到改性酪素-明膠；
(2)按照重量份數(shù)比，將吸光劑與成膜劑、溶劑和助劑投入球磨機(jī)內(nèi)，啟動球磨機(jī)進(jìn)行球磨作業(yè)13min將各個原料球磨分散均勻后，再加入成膜助劑混合均勻后，即可得到含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料。
對實施例1-5中所制備的含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料，在常溫下直接噴涂或涂刷在吸熱真空玻璃管內(nèi)層表表面或平板太陽能集熱器的吸熱金屬層表面，噴刷涂料前，需要將玻璃或金屬表面進(jìn)行潔凈處理、金屬表面達(dá)到金屬本色，并將涂料攪拌均勻，然后根據(jù)集熱器類型涂刷該涂料厚40-160μm涂層或更厚。
按上述涂裝操作工藝步驟，對得到的厚度60μm的本涂料太陽能吸熱涂層進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)檢驗測試，測試結(jié)果如表1所示：
表1測試結(jié)果情況表
由上表可知，本發(fā)明實施例1-5制備得到的含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料吸收可見光與紅外光性能高，導(dǎo)熱性高，防水性強(qiáng)，耐高溫，耐腐蝕，穩(wěn)定性能高，發(fā)射率低，透射率高，涂層附著力強(qiáng)，密度高，是理想的含改性酪素-明膠的太陽能吸熱涂料。
本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。