[发明专利]一种热反射反射隔热无机复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种热反射稀土-无机氧化物复合微/纳米材料及保温隔热涂料的制备方法和应用，具体说是涉及一种能屏蔽太阳热辐射及类似热辐射、具有吸收紫外线和保温隔热功能的无机复合材料保温隔热涂料，其在太阳光的主要辐射波长范围内具有90％以上的反射率，在此基础上研究了相应制备方法和开发了相关应用技术。

背景技术

太阳辐射穿过大气层能量损耗后到达地球表面的辐射能为335～837kJ/cm²*a，是人类能源的最终来源。按照光线波长分类，紫外线占5％、可见光线占45％、红外线占50％。红外线中波长为0.75～2.5μm的近红外线占95％，另外的是波长为3～5μm和8～14μm的中红外线与远红外线。一般热射线的波长在0.38～1000μm之间，大部分热射线位于红外线区段中0.76～20μm的范围内。利用热射线加热物体及避免热射线的吸收使物体隔热和保温是研究与应用太阳热射线的两个重要方面。

太阳光照射到物体表面，产生反射、折射、吸收、透过的光学效应。对0.38～20μm范围内热辐射，如果被物体吸收，则辐射能转化成热能，使物体表面温度升高。按照热的传递规律，热则从物体表面向外辐射和传递到物体内部。如果能够使物体表面大量反射和散射太阳热辐射，同时能够阻止热向内部导热，则可以避免或减少物体内部温度因太阳辐射或外部辐射源的辐射而升高。从理论上讲只要对热辐射进行有效的反射和散射及降低热传递速率(本发明只讨论热反射层的效果)，就可以起到隔热保温的良好效果。

热反射隔热材料核心材料的要求：

(1)材质要求：在对大量材料反射率测试的基础上，选定并制备粉体材料。其特点是：在所需波段(λ＝0.3～2.5μm)内反射率要求越高越好。

(2)粉体粒度：根据散热理论进行计算得出结果，要求在所需波段获得高反射率的粉体粒度。其特点是：在同品种(不同粒度)中，反射率最高。

(3)高发射率添加剂(粉体)的要求：添加何种材质能显著提高涂层的发射率(一般发射波长在8～13.5μm)

(4)要求确定粉体在涂层中的最佳含量。

在现有技术中，与热反射隔热相关的材料主要有以下几种：

1)CN1515633A公开的反射热射线隔热涂料，其是由有反射热射线特性材料、中空微珠及疏松多孔的隔热材料及其表面包覆反射热射线形成的复合材料、粘接剂三种组分组成；2)CN1546312A公开的以SiO₂气凝胶/聚酰亚胺/金属铝(Al)为结构的复合柔性薄膜；3)CN1546407A公开的由F、Mn共掺SnO₂制得的隔热薄膜；4)CN1583908A公开的由面层涂料和底层涂料组成的太阳热反射涂料，其面层涂料中含有金红石型钛白粉，底层涂料中采用空心漂珠、空心无机纤维、工程纤维素等隔热填料；5)CN1800283A公开的一种组分为纳米多孔SiO₂、纳米氧化铁黄、颜料、填料、助剂、溶剂、成膜物的隔热涂料。上述材料都存在一定的毒性、化学性质不稳定、不易长期保存、热反射隔热性能随时间及环境的变化而变化的缺陷，且还存在制备工艺复杂、成本较高、环境污染较大及不适合工业化生产等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术所存在的缺陷，一是提供一种安全无毒、化学性质稳定、可长期保存、性能稳定的热反射保温隔热无机复合材料，二是提供一种工艺简单、成本低廉、节能环保及工业化生产简单易行的该材料的制备方法，三是提供本发明材料的一种应用。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种热反射反射隔热无机复合材料，是以氧化铝、氧化钛、氧化硅为基质，掺杂有钇、铈和镧中的一种或几种稀土元素的微/纳米复合材料。

所掺杂的稀土元素可以氧化物形式与氧化铝、氧化硅或氧化钛并存；或一部分掺杂于氧化铝、氧化硅或氧化钛的晶格中；另一部分以氧化物形式与氧化铝、氧化硅或氧化钛并存。

所述的基质氧化铝、硅、钛都是纳米尺寸的，形貌为球形的，粒径不大于100nm；所选掺杂的稀土元素氧化物结晶度高、粒径在50nm左右。两类材料的折射率、反射率基本相等。

上述热反射隔热无机复合材料的制备方法，具体步骤如下：

方法一，液相法：

a)称取铝、钛、硅和稀土元素的无机盐，使铝、钛或硅的物质量和稀土元素物质的量比为(1～96∶99～4)；

b)加入适量蒸馏水，将上述两种固体溶解于其中，使掺杂元素无机盐的溶液浓度为0.1～1mol/L；