CN105820740A - 一种智能感温控温玻璃涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于玻璃涂料制备领域，具体公开了一种智能感温控温玻璃涂料，其有效成分为掺钨纳米二氧化钒，所述主要有效成分包括以下重量百分比的原料组分：偏钒酸铵35.3％～41.8％、草酸53.3％～58.8％、偏钨酸铵2％～11.3％；还公开了该涂料的制备方法，包括以下步骤：首先以偏钒酸铵、草酸、偏钨酸铵为原料通过水热法制备掺钨纳米二氧化钒；然后将制备得到的掺钨纳米二氧化钒与聚己内酯二醇和异佛尔酮二异氰酸酯按比例混合，得到智能感温控温玻璃涂料。该涂料成本低廉、制备方法简单，且具有良好的涂覆效果及控温效果，具有良好的市场应用前景和推广价值，能够产生巨大的社会经济效益。

Description

一种智能感温控温玻璃涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及玻璃涂料制备领域，特别涉及一种智能感温控温玻璃涂料及其制备方法。
背景技术
城市热岛效应是人类活动对气候***产生的最显著的城市气候效应，随着城市化的进程，城市人口聚集、建筑物增多、交通压力增大等问题导致城市热岛效应越来越严重。由于热岛中心区域近地面气温高，大气做上升运动，与周围地区形成气压差异，周围地区近地面大气向中心区辐合，从而在城市中心区域形成一个低压旋涡，结果就势必造成人们生活、工业生产、交通工具运转中燃烧石化燃料而形成的硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等大气污染物质在热岛中心区域聚集，对人体形成有害的“烟尘穹隆”，危害人们的身体健康甚至生命。
城市热岛效应已成为城市发展中应正确面对、亟待解决的问题。目前世界上为解决城市热岛效应采取的措施主要有：加强城市绿化；研究和应用路用热反射涂层、透水式路面、保水式路面和热阻式路面等环境友好型路面；控制大气污染；减少人为热；节能建筑物等。
随着人们对于建筑节能问题的日益重视，环保观念的增强和安全性意识逐渐提高，人们已经在节能涂层上做了较多的研究，但目前已有的纳米透明隔热玻璃涂料虽然具有良好的隔热行，且生产成本低，施工方便，但不具备根据室外温度进行功能调节的作用，目前市面上普通的镀膜、贴膜和涂膜的节能玻璃也都不具备随室外温度变化调节其遮阳、隔热性能的功能。一般满足冬季节能需求的节能玻璃不能满足夏季的节能需求，反之亦然，其固定不变的遮阳性能不利于全年的节能。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可根据环境温度调节玻璃内部温度的智能感温控温玻璃涂料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
(一)一种智能感温控温玻璃涂料，其特征在于，有效成分为掺钨纳米二氧化钒，所述有效成分包括以下重量百分比的原料组分：偏钒酸铵35.3％～41.8％、草酸53.3％～58.8％、偏钨酸铵2.0％～11.3％。
优选地，所述智能感温控温玻璃涂料还包括以下重量百分比的原料组分：聚己内酯二醇26.2％～27.7％、异佛尔酮二异氰酸酯19.2％～21.2％和丙酮37.1％～40.0％，以所述有效成分的重量为计量基准。
(二)一种智能感温控温玻璃涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，制备掺钨纳米二氧化钒：
①称取重量百分比为60％～80％的草酸置于去离子水中，室温下磁力搅拌直至完全溶解，得草酸溶液；
②称取重量百分比为37％～45％的偏钒酸铵和重量百分比为0.6％～1.2％的偏钨酸铵，并加入所述草酸溶液中，室温下磁力搅拌20分钟，得混合溶液；
③将所述混合溶液置于高压反应釜中，并将高压反应釜置于170℃～200℃的鼓风干燥箱中保温反应20小时～30小时；
④反应结束后，取出高压反应釜，并自然冷却至室温，收集高压反应釜中的产物，并将其过滤，收集滤渣，得黑色粉末；
⑤将所述黑色粉末置于真空干燥箱中，50℃～60℃真空干燥8小时～10小时，得掺钨纳米二氧化钒；
步骤2，制备涂料：
①将掺钨纳米二氧化钒与丙酮混合，并搅拌20分钟～30分钟，再超声搅拌20分钟～25分钟，得掺钨纳米二氧化钒溶液；
②向所述掺钨纳米二氧化钒溶液中加入聚己内酯二醇，搅拌均匀后密封，并置于干燥器中静置24小时～48小时后，加热至80℃～85℃，再向其中加入异佛尔酮二异氰酸酯，然后在干燥的氮气环境中反应3小时～4小时；
③反应结束后，降温至60℃～65℃，再向其中加入丙酮，搅拌20分钟～40分钟后，降温至室温，即得智能感温控温玻璃涂料。
优选地，所述步骤1的子步骤①中，所述草酸与所述去离子水的比例为1:10。
优选地，所述步骤1的子步骤③中，保温反应的温度为170℃～180℃，时间为20小时～24小时。
优选地，步骤2的子步骤①中，所述丙酮的重量为所述掺钨纳米二氧化钒重量的4％～4.3％。
优选地，步骤2的子步骤①中，所述搅拌的速率为6000转/分钟～8000转/分钟。
优选地，步骤2的子步骤②中，所述聚己内酯二醇的的重量为所述掺钨纳米二氧化钒重量的22％～28％，所述异佛尔酮二异氰酸酯的重量为所述掺钨纳米二氧化钒重量的7.3％～9.4％。
优选地，步骤2的子步骤②中，所述异佛尔酮二异氰酸酯的加入方式为逐滴加入。
优选地，步骤2的子步骤③中，所述丙酮的重量为所述掺钨纳米二氧化钒重量的26.5％～28.5％。
优选地，所述步骤2之后，还使用三乙醇胺和去离子水对所述智能感温控温玻璃涂料的p小时和黏度进行调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的掺钨纳米二氧化钒智能控温涂料利用掺钨纳米二氧化钒较低的相变温度，可对玻璃内部的温度进行智能调控，当玻璃外部温度较低时，实现对玻璃内部的吸热保温性能，当玻璃外部的温度较高时，实现玻璃内部的隔热降温性能，有效达到了节能的效果。
本发明的掺钨纳米二氧化钒智能控温涂料成本低廉，制备方法简单，且具有良好的涂覆效果及控温效果，具有良好的市场应用前景和推广价值，符合绿色环保的可持续交通发展战略，能够产生巨大的社会经济效益。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例1
步骤1，制备掺钨纳米二氧化钒：
①称取10g草酸置于250ml去离子水中，室温下磁力搅拌直至完全溶解，得草酸溶液；
②称取6.7g偏钒酸铵和0.34g偏钨酸铵，并加入①中的草酸溶液中，室温下磁力搅拌20分钟，得混合溶液；
③将②中的混合溶液置于高压反应釜中，并将高压反应釜置于180℃的鼓风干燥箱中保温反应24小时；
④反应结束后，取出高压反应釜，并自然冷却至室温，收集高压反应釜中的产物，并将其过滤，收集滤渣，得黑色粉末；
⑤将黑色粉末置于真空干燥箱中，60℃真空干燥10小时，得掺钨纳米二氧化钒；
步骤2，制备涂料：
①取3.2g掺钨纳米二氧化钒与0.85g丙酮混合，并在8000转/分钟条件下搅拌30分钟，再超声搅拌20分钟，得掺钨纳米二氧化钒溶液；
②向掺钨纳米二氧化钒溶液中加入0.84g聚己内酯二醇，搅拌均匀后密封，并置于干燥器中静置48小时后，加热至85℃，并向其中逐滴加入0.68g异佛尔酮二异氰酸酯，然后在干燥的氮气环境中反应4小时；
③反应结束后，降温至60℃，再向其中加入0.34g丙酮，并搅拌20分钟；
④搅拌结束后，将温度降至室温，并在室温条件下加入0.28g三乙醇胺，搅拌30分钟后，加入3g去离子水，搅拌30分钟，即得。
实施例2
步骤1，制备掺钨纳米二氧化钒：
①称取9g草酸置于225ml去离子水中，室温下磁力搅拌直至完全溶解，得草酸溶液；
②称取6.0g偏钒酸铵和1.02g偏钨酸铵，并加入①中的草酸溶液中，室温下磁力搅拌20分钟，得混合溶液；
③将②中的混合溶液置于高压反应釜中，并将高压反应釜置于170℃的鼓风干燥箱中保温反应20小时；
④反应结束后，取出高压反应釜，并自然冷却至室温，收集高压反应釜中的产物，并将其过滤，收集滤渣，得黑色粉末；
⑤将黑色粉末置于真空干燥箱中，50℃真空干燥10小时，得掺钨纳米二氧化钒；
步骤2，制备涂料：
①取2.6g掺钨纳米二氧化钒与0.74g丙酮混合，并在7000转/分钟条件下搅拌20分钟，再超声搅拌20分钟，得掺钨纳米二氧化钒溶液；
②向掺钨纳米二氧化钒溶液中加入0.72g聚己内酯二醇，搅拌均匀后密封，并置于干燥器中静置48小时后，加热至85℃，并向其中逐滴加入0.51g异佛尔酮二异氰酸酯，然后在干燥的氮气环境中反应3小时；
③反应结束后，降温至65℃，再向其中加入0.1g丙酮，并搅拌40分钟；
④搅拌结束后，将温度降至室温，并在室温条件下加入0.25g三乙醇胺，搅拌30分钟后，加入2.5g去离子水，搅拌30分钟，即得。
实施例3
步骤1，制备掺钨纳米二氧化钒：
①称取8g草酸置于200ml去离子水中，室温下磁力搅拌直至完全溶解，得草酸溶液；
②称取5.3g偏钒酸铵和1.7g偏钨酸铵，并加入①中的草酸溶液中，室温下磁力搅拌20分钟，得混合溶液；
③将②中的混合溶液置于高压反应釜中，并将高压反应釜置于180℃的鼓风干燥箱中保温反应24小时；
④反应结束后，取出高压反应釜，并自然冷却至室温，收集高压反应釜中的产物，并将其过滤，收集滤渣，得黑色粉末；
⑤将黑色粉末置于真空干燥箱中，60℃真空干燥8小时，得掺钨纳米二氧化钒VO2；
步骤2，制备涂料：
①取2.5g掺钨纳米二氧化钒VO2与0.71g丙酮混合，并在6000转/分钟条件下搅拌30分钟，再超声搅拌25分钟，得掺钨纳米二氧化钒溶液；
②向掺钨纳米二氧化钒溶液中加入0.67g聚己内酯二醇，搅拌均匀后密封，并置于干燥器中静置24小时后，加热至85℃，并向其中逐滴加入0.48g异佛尔酮二异氰酸酯，然后在干燥的氮气环境中反应4小时；
③反应结束后，降温至60℃，再向其中加入0.26g丙酮，并搅拌20分钟；
④搅拌结束后，将温度降至室温，并在室温条件下加入0.21g三乙醇胺，搅拌30分钟后，加入2g去离子水，搅拌30分钟，即得。
对照例
步骤1，制备纳米二氧化钒：
①称取10g草酸置于250ml去离子水中，室温下磁力搅拌直至完全溶解，得草酸溶液；
②称取6.7g偏钒酸铵，并加入①中的草酸溶液中，室温下磁力搅拌20分钟，得混合溶液；
③将②中的混合溶液置于高压反应釜中，并将高压反应釜置于180℃的鼓风干燥箱中保温反应24小时；
④反应结束后，取出高压反应釜，并自然冷却至室温，收集高压反应釜中的产物，并将其过滤，收集滤渣，得黑色粉末；
⑤将黑色粉末置于真空干燥箱中，60℃真空干燥10小时，得掺钨纳米二氧化钒；
步骤2，制备涂料：
①取3.2g纳米二氧化钒与0.85g丙酮混合，并在8000转/分钟条件下搅拌30分钟，再超声搅拌20分钟，得纳米二氧化钒溶液；
②向纳米二氧化钒溶液中加入0.84g聚己内酯二醇，搅拌均匀后密封，并置于干燥器中静置48小时后，加热至85℃，并向其中逐滴加入0.68g异佛尔酮二异氰酸酯，然后在干燥的氮气环境中反应4小时；
③反应结束后，降温至60℃，再向其中加入0.34g丙酮，并搅拌20分钟后，降至室温，即得；
上述实施例1～3所制备的掺钨纳米二氧化钒的物理性质为：颜色为黄色，密度为2.3～2.36g/cm3。
表1为本发明实施例所得的掺钨纳米二氧化钒与纳米二氧化钒的相变温度测试结果，其中，对照例为不掺杂钨离子的纳米二氧化钒，实施例1～3为钨离子掺杂量不同的掺钨纳米二氧化钒。
表1降温性能试验结果
从表1中的数据可以看出，实施例1～3的掺钨纳米二氧化钒的相变温度均低于对照例中纳米二氧化钒的相变温度，且接近正常的室内温度，因此该结果表明本发明的涂料对玻璃内部的温度具有良好的智能控温效果。这是由于涂料中掺钨纳米二氧化钒的相变温度可以反应涂料对玻璃内部的控温效果，当玻璃内部的温度低于相变温度时，红外光可以很好的进入到玻璃内部，以保证玻璃内部的适宜温度；当玻璃内部的温度高于相变温度时，发生相变，此时红外光透过率降低，玻璃内部的温度就会逐渐降低；当玻璃内部的温度降到一定温度后，发生逆相变，红外光的透过率又增大，从而实现涂料的智能控温功能。
本发明实施例首先利用水热法制备掺钨纳米二氧化钒，然后将掺钨纳米二氧化钒与粘结剂聚己内酯二醇和异佛尔酮二异氰酸酯按比例混合，将掺钨纳米二氧化钒均匀分散在粘结剂中，最后将其涂覆在玻璃表面形成玻璃涂层，对其粘结性进行测试，表2为本发明实施例所得的涂料涂覆到玻璃样品上涂层的粘结性试验，以涂料的剥落百分比为评价指标，粘结性试验的试验方法为雨水冲刷实验，使用图像处理工具Photoshop中的灰度处理方法对其剥落面积进行计算。其中，实施例1～3和对照例所得的涂料在玻璃样品上的涂覆量均为450g/m2，涂覆厚度约为0.4mm。
表2粘结性试验结果
从表2中的数据可以看出，本发明实施例1～3所得的涂料涂覆在玻璃样品上，其涂层的剥落量较少，在正常的工作状态下，外界环境温度低于32℃时，涂层的粘结性较强，在短期内不会因为雨水冲刷产生剥落。
由以上实施例结果可知，本发明的涂料在玻璃表面的涂覆效果良好，不易脱落，同时由于涂料中掺钨纳米二氧化钒的相变特性，使得本发明的涂料涂覆到玻璃表面上以后，可以对玻璃内部的温度进行控温的效果，因此，可认为是一种智能控温涂料。将其用于建筑窗户、车窗或幕墙表面等，其均可达到节能的目的，符合绿色环保的可持续发展战略，能够产生巨大的社会经济效益。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种智能感温控温玻璃涂料，其特征在于，有效成分为掺钨纳米二氧化钒，所述有效成分包括以下重量百分比的原料组分：偏钒酸铵35.3％～41.8％、草酸53.3％～58.8％、偏钨酸铵2.0％～11.3％。
2.根据权利要求1所述的智能感温控温玻璃涂料，其特征在于，所述智能感温控温玻璃涂料还包括以下重量百分比的原料组分：聚己内酯二醇26.2％～27.7％、异佛尔酮二异氰酸酯19.2％～21.2％和丙酮37.1％～40.0％，以所述有效成分的重量为计量基准。
3.根据权利要求1所述的智能感温控温玻璃涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，制备掺钨纳米二氧化钒：
①称取重量百分比为60％～80％的草酸置于去离子水中，室温下磁力搅拌直至完全溶解，得草酸溶液；
②称取重量百分比为37％～45％的偏钒酸铵和重量百分比为0.6％～1.2％的偏钨酸铵，并加入所述草酸溶液中，室温下磁力搅拌20分钟，得混合溶液；③将所述混合溶液置于高压反应釜中，并将高压反应釜置于170℃～200℃的鼓风干燥箱中保温反应20小时～30小时；
④反应结束后，取出高压反应釜，并自然冷却至室温，收集高压反应釜中的产物，并将其过滤，收集滤渣，得黑色粉末；
⑤将所述黑色粉末置于真空干燥箱中，50℃～60℃真空干燥8小时～10小时，得掺钨纳米二氧化钒；
步骤2，制备涂料：
①将掺钨纳米二氧化钒与丙酮混合，并搅拌20分钟～30分钟，再超声搅拌20分钟～25分钟，得掺钨纳米二氧化钒溶液；
②向所述掺钨纳米二氧化钒溶液中加入聚己内酯二醇，搅拌均匀后密封，并置于干燥器中静置24小时～48小时后，加热至80℃～85℃，再向其中加入异佛尔酮二异氰酸酯，然后在干燥的氮气环境中反应3小时～4小时；
③反应结束后，降温至60℃～65℃，再向其中加入丙酮，搅拌20分钟～40分钟后，降温至室温，即得智能感温控温玻璃涂料。
4.根据权利要求3所述的智能感温控温玻璃涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤1的子步骤①中，所述草酸与所述去离子水的比例为1:10。
5.根据权利要求3所述的智能感温控温玻璃涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤1的子步骤③中，保温反应的温度为170℃～180℃，时间为20小时～24小时。
6.根据权利要求3所述的智能感温控温玻璃涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤2的子步骤①中，所述丙酮的重量为所述掺钨纳米二氧化钒重量的4％～4.3％。
7.根据权利要求3所述的智能感温控温玻璃涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤2的子步骤①中，所述搅拌的速率为6000转/分钟～8000转/分钟。
8.根据权利要求3所述的智能感温控温玻璃涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤2的子步骤②中，所述聚己内酯二醇的的重量为所述掺钨纳米二氧化钒重量的22％～28％，所述异佛尔酮二异氰酸酯的重量为所述掺钨纳米二氧化钒重量的7.3％～9.4％。
9.根据权利要求3所述的智能感温控温玻璃涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤2的子步骤②中，所述异佛尔酮二异氰酸酯的加入方式为逐滴加入。
10.根据权利要求3所述的智能感温控温玻璃涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤2的子步骤③中，所述丙酮的重量为所述掺钨纳米二氧化钒重量的26.5％～28.5％。
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