專利名稱：一種無毒紅外反射顏料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)金屬氧化物顏料制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種無毒紅外 反射顏料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會的不斷發(fā)展，能源問題日益突出，逐漸成為人們關(guān)注的重點，為 了人類的可持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)在正積極開發(fā)利用太陽能，以節(jié)約地球上有限的不可 再生資源。但在某些情況下，太陽強(qiáng)烈輻射所產(chǎn)生的熱量反而給人們的生活帶 來了能源的消耗，如噴淋裝置、空調(diào)、冷氣機(jī)和電風(fēng)扇等降溫制冷設(shè)備，在某
些發(fā)達(dá)國家，這些為降溫所消耗能量，甚至占全年總能耗的20%以上。因此， 運(yùn)用某種方法降低或防止太陽輻射所引起的溫升以節(jié)能，已是一個重要的研究 課題。太陽的輻射光譜分為三大部分，紫外，可見光和紅外光，其中紅外光占 據(jù)整個輻射能量的52%。如果能將這52%的大部分反射回大氣中，這將使得被 太陽光輻射的表面溫度大大降低。紅外反射涂料(亦稱太陽熱反射涂料)就是一種 簡便而有效的降低表面溫度的技術(shù)，它已被廣泛用于建筑、石油、運(yùn)輸、造船 工業(yè)、軍工、航天等行業(yè)。
紅外反射涂料中具有太陽熱反射功能的成分主要是具有高紅外反射率的復(fù) 合無機(jī)金屬氧化物顏料(Complex Inorganic Color Pigment, CICP)。在這些顏料中， 鈦白粉顏料占據(jù)了很大一部分。但是由鈦白粉制成的白色涂料，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足 現(xiàn)在的工業(yè)民用建筑，車輛，船舶，軍工領(lǐng)域?qū)Σ噬?，特別是深色顏料的需求。 在國外市場，深色系紅外反射顏料屈指可數(shù)，而且大都含有鉻元素，深色系紅 外反射顏料中較常見的有氧化鉻綠色(PG-17)，氧化鉻鐵黑色或棕色(PG-17)， 銳鈦鉻黃(PBRN-24)，這些產(chǎn)品中無一例外的含有金屬元素鉻。高氧化態(tài)的六 價金屬鉻離子(Cr")是一種致癌物質(zhì)，美國環(huán)保署EPA，歐洲REACH對C一+含 量的要求非常嚴(yán)格，達(dá)到了百萬分之五(5ppm)以下。
因此，研制一種具有高紅外反射率的的不含有有毒金屬元素深色紅外反射 顏料刻不容緩?，F(xiàn)在，也有少量的紅外反射顏料研發(fā)成功，如日本公開特許公 報[特開2008-44805]描述了一種以Fe-Co-Al為主體，含有一種以上的Li， Mg， Ca， Sr， Ba， Ti， Mn， Zn， Sn， Zr， Si和Cu元素的黑色紅外反射顏料，其紅 外反射率達(dá)到了 30%以上。日本公開特許公報[特開2007-204296]描述了一種化 學(xué)組成為Cu2Mg03的黑褐色顏料，達(dá)到了 45%以上的紅外反射率。美國專利US Patent 6174360， 6171383， 6221147， 6416868， 6541112報道了含有過渡金屬元 素和稀土元素的復(fù)合無機(jī)氧化物顏料。但是這些顏料造價高昂，色澤單一而且 耐候性一直不夠令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，合理利用我國豐富的稀土氧化物、天青石等礦產(chǎn)資源，提供一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保、反射率高的無毒紅外反射顏 料及其制備方法。
本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)所述顏料的組分包括色彩調(diào)節(jié)
劑100份，氧化還原控制劑0.1 1份，紅外增強(qiáng)劑0.1~0.7份，燒結(jié)劑0.1~5.0
份，單位為重量份。
所述色彩調(diào)節(jié)劑的組分包括CaC03， 2%~15%; SrC03， 10%~25%; BaC03， 5% 15%; Bi203， 5% 20%; Sb203， 5% 20%; Fe203， 10%~25%; MnC03， 20% 60%; Cu2(OH)C03， 5%~25% ; RE203， 10%~30%，其中RE為La、 Ce、 Y中的任一種，單位為重量百分比。
所述氧化還原控制劑的組分包括Mo03， 10% 90%;活性炭，10°/。 90%; 表面活性劑Triton X-100， 0.1 2.0%，單位為重量百分比。
所述紅外增強(qiáng)劑的組分包括氫氧化鋁，10% 90%; 二氧化鈦，10%~90%，
單位為重量百分比。
所述燒結(jié)劑的組分包括A1P04， 10%~90%;水玻璃，10% 90%; 40%聚 乙烯醇溶液，0.5 5%，單位為重量百分比。
所述無毒紅外反射顏料的制備方法，包括如下步驟
(1) 色彩調(diào)節(jié)劑、氧化還原控制劑、紅外增強(qiáng)劑和燒結(jié)劑的預(yù)制 將所述色彩調(diào)節(jié)劑各組分按比例稱取，放入攪拌機(jī)中攪拌混合至均勻，在
400 60(TC下煅燒2 5小時后備用；將所述氧化還原控制劑各組分按比例稱取， 加入適量水，攪拌成均勻懸浮體備用；將所述紅外增強(qiáng)劑各組分按比例稱取預(yù) 混合備用；所述燒結(jié)劑各組分按比例稱取，加入適量水，用磷酸調(diào)節(jié)pH值在 4~6之間，攪拌成均勻懸浮體備用；
(2) 復(fù)合制備
稱取步驟(1)中的色彩調(diào)節(jié)劑100份，氧化還原控制劑0.1 1份，紅外增 強(qiáng)齊U0.1 0.7份，燒結(jié)劑0.1 5.0份，放入球磨機(jī)中，混合研磨至均勻研磨漿狀 態(tài)；然后干燥至水分含量小于0.5%;將干燥后的粉末在500 90(TC下二次煅燒 2 48小時，得到顏料粉體；最后研磨成粒徑在0.05 10微米的顏料粉體，單位
為重量份。
上述步驟(2)中的顏料粉體可采用濕法或干法研磨。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點
1、 在200-750納米的可見光區(qū)具有8%的低反射率，在700-2500納米的近 紅外區(qū)具有高于32%的紅外反射率，總太陽熱反射率高達(dá)40%。
2、 適用于各種水基，油基的高分子樹脂漆，紫外光固化樹脂，工程塑料， 陶瓷粉體，水泥等介質(zhì)中，可應(yīng)用在輥涂金屬板材、混凝土，建筑陶瓷表面和 基體材料中，能顯著降低物體的表面溫度。
3、 充分利用我國含量較多的稀土氧化物，天青石等礦產(chǎn)資源，產(chǎn)品中不含 有高氧化態(tài)的致癌物質(zhì)Cr6+，無毒環(huán)保，應(yīng)用范圍更加廣泛。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。將所述色彩調(diào)節(jié)劑各組分按CaC03， 5%; SrC03， 25%; BaC03， 5%; Bi203， 10%; Sb203， 5%; Fe203， 5%; MnC03， 25%; Cu2(OH)C03， 5%; Y203， 15% 的比例稱取，放入攪拌機(jī)中攪拌混合至均勻，在50(TC下煅燒4小時后備用；色 彩調(diào)節(jié)劑決定了顏料在可見光區(qū)的光譜反射特性，從而得到不同色澤的顏料。 例如，增加Bi和Mn的含量可以得到綠色成分；增加Sr， Mn和稀土的組分可 以得到藍(lán)色的成分；增加氧化銅，氧化鉍可以增強(qiáng)產(chǎn)品的紅外發(fā)射性能，從而 增強(qiáng)紅外反射率。
將所述氧化還原控制劑各組分按Mo03， 64%;活性炭，35%;表面活性劑 TritonX-lOO， 1%的比例稱取，加入適量水，攪拌成均勻懸浮體備用；金屬元素 的高氧化態(tài)會表現(xiàn)出較高的紅外反射率，因此需要加入氧化還原控制劑控制顏 料煅燒中的氧化還原氣氛。
將所述紅外增強(qiáng)劑各組分按氫氧化鋁，70%; 二氧化鈦，30%比例稱取預(yù)混 合備用；二氧化鈦和氧化鋁本身就具有較高的紅外反射率，但過量加入會嚴(yán)重 影響顏料本身深色色澤，適當(dāng)加入紅外增強(qiáng)劑，可以在保持顏色的前提下，有 效調(diào)節(jié)產(chǎn)品的紅外反射率。
所述燒結(jié)劑各組分按A1P04， 85%;工業(yè)純水玻璃，14%; 40%聚乙烯醇溶液， 1%比例稱取，加入適量水，用磷酸調(diào)節(jié)pH值為4，攪拌成均勻懸浮體備用；
燒結(jié)劑可促進(jìn)顏料晶粒生長，改善晶體的折射率，從而增強(qiáng)了晶粒在紅外區(qū)的 漫反射。
稱取制備的色彩調(diào)節(jié)劑100份，氧化還原控制劑0.5份，紅外增強(qiáng)劑0.5份， 燒結(jié)劑0.5份，放入球磨機(jī)中，混合研磨至均勻研磨漿狀態(tài)；然后使用高速離心 熱噴霧干燥機(jī)進(jìn)行干燥，至水分含量小于0.5%;將干燥后的粉末在90(TC下二 次煅燒8小時，得到黑色顏料粉體；最后用濕法或干法研磨至平均粒徑為2微 米左右，制得1#樣品。
紅外反射率的檢測采用《美國試驗與材料學(xué)會國際組織》ASTMC-1549或 ASTM E-90的總?cè)照辗瓷渎?TSR)檢測標(biāo)準(zhǔn)對制備的顏料粉體或者涂料樣品進(jìn) 行了總?cè)照辗瓷渎蕶z測。其中，總?cè)照辗瓷渎?可見光區(qū)發(fā)射率+紅外區(qū)反 射率。1#樣品的可見光區(qū)反射率為7%，紅外區(qū)反射率為35%，總?cè)照辗瓷渎?為42%。
實施例二
在實施例一中配方的基礎(chǔ)上，調(diào)整Fe2Cb百分比含量為15%， MnCCb百分 比含量為15%;其他配比及工藝參數(shù)不變，制得2#樣品；測得其可見光區(qū)反射 率為7.5%，紅外區(qū)反射率反射率為32%;總?cè)照辗瓷渎?9.5%。與1#樣品相 比，Hunter 1^3^*色澤參數(shù)中，紅色值&*增加了 5個檢測單位。
實施例三紅外反射率的控制
在實施例一中配方的基礎(chǔ)上，調(diào)整MnC03的百分比含量為15%, ￥203的百 分比含量為25%;紅外增強(qiáng)劑調(diào)整至0.8份，其他配比及工藝參數(shù)不變，制得 3#樣品；測得其總?cè)照辗瓷渎蕿?4%;與1#樣品相比，HunterL+an^色澤參數(shù) 中，色澤強(qiáng)度值I^增加了2個檢測單位，顏色變淡。上述樣品的具體應(yīng)用情況及檢測結(jié)果如下
1 #樣品應(yīng)用在偏四氟乙烯氟碳輥涂用樹脂漆中時
將1#樣品和偏四氟乙烯氟碳樹脂干粉按1:4的比例混合，在對甲苯溶劑中 高速攪拌機(jī)混合40分鐘，得到的樹脂漆樣品輥涂在鋼板樣品上，經(jīng)檢測，其總 日照反射率為40%;采用《美國試驗與材料學(xué)會國際組織》ASTMD4803-89檢 測標(biāo)準(zhǔn)對所述鋼板樣品進(jìn)行熱累積溫差檢測，表面溫度降低約7t:，優(yōu)于色澤相 似的同類產(chǎn)品。
1 #樣品應(yīng)用在在水基丙烯酸樹脂中時
將1#樣品與水溶性丙烯酸樹脂按=1:4的比例混合，并加入適量表面活性劑， 高速攪拌機(jī)混合40分鐘，得到的樹脂漆樣品輥涂在鋼板樣品上，經(jīng)檢測，其總 日照反射率為41%;采用《美國試驗與材料學(xué)會國際組織》ASTMD4803-89檢 測標(biāo)準(zhǔn)對所述鋼板樣品進(jìn)行熱累積溫差檢測，表面溫度降低約5。C，優(yōu)于色澤相 似的同類產(chǎn)品。
1 #樣品應(yīng)用水泥混凝土中時
稱取1#樣品1克，混凝土干粉混合物45克，然后加入15ml水，制成混凝 土泥漿二將該泥漿涂覆在混凝土磚面上，自然干燥后檢測，其總?cè)照辗瓷渎蕿?48%;采用《美國試驗與材料學(xué)會國際組織》ASTM D4803-89檢測標(biāo)準(zhǔn)對所述 鋼板樣品進(jìn)行熱累積溫差檢測，與未涂覆紅外反射泥漿的混凝土磚面相比，雖
顏色近似，但表面溫度降低約8r。
1#樣品應(yīng)用在陶瓷中時
稱取1#樣品1克，建筑用外墻磚干粉混合物45克，然后加入5ml水，制 成粘土，壓制成型；將該粘土煅燒成外墻磚，經(jīng)檢測，其總?cè)照辗瓷渎蕿?7%; 采用《美國試驗與材料學(xué)會國際組織》ASTM D4803-89檢測標(biāo)準(zhǔn)對所述鋼板樣 品進(jìn)行熱累積溫差檢測，與未混合無毒紅外反射顏料的普通磚面相比，雖顏色 近似，但表面溫度降低約12°C。
權(quán)利要求
1、一種無毒紅外反射顏料，其特征在于，所述顏料的組分包括色彩調(diào)節(jié)劑100份，氧化還原控制劑0.1～1份，紅外增強(qiáng)劑0.1～0.7份，燒結(jié)劑0.1～5.0份，單位為重量份。
2、 如權(quán)利要求1所述的無毒紅外反射顏料，其特征還在于，所述色彩調(diào)節(jié) 劑的組分包括CaC03， 2% 15%; SrC03， 10% 25%; BaC03， 5% ~15%; Bi203， 5%~20%; Sb203， 5%~20%; Fe203， 10%~25%; MnC03， 20%~60%; Cu2(OH)C03， 5% 25% ; RE203， 10% 30%，其中RE為La、 Ce、 Y中的任一種，單位為重 量百分比。
3、 如權(quán)利要求1所述的無毒紅外反射顏料，其特征還在于，所述氧化還原 控制劑的組分包括Mo03， 10%~90%;活性炭，10%~90%;表面活性劑Triton X掘，0.1 2.0%，單位為重量百分比。
4、 如權(quán)利要求1所述的無毒紅外反射顏料，其特征還在于，所述紅外增強(qiáng) 劑的組分包括氫氧化鋁，10% 90%; 二氧化鈦，10%~90%，單位為重量百分比。
5、 如權(quán)利要求1所述的無毒紅外反射顏料，其特征還在于，所述燒結(jié)劑的 組分包括A1P04， 10%~90°/。；水玻璃，10% 90%; 40%聚乙烯醇溶液，0.5 5%，單位為重量百分比。
6、 一種無毒紅外反射顏料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1) 色彩調(diào)節(jié)劑、氧化還原控制劑、紅外增強(qiáng)劑和燒結(jié)劑的預(yù)制 將所述色彩調(diào)節(jié)劑各組分按比例稱取，放入攪拌機(jī)中攪拌混合至均勻，在400 60(TC下煅燒2 5小時后備用；將所述氧化還原控制劑各組分按比例稱取， 加入適量水，攪拌成均勻懸浮體備用；將所述紅外增強(qiáng)劑各組分按比例稱取預(yù) 混合備用；所述燒結(jié)劑各組分按比例稱取，加入適量水，用磷酸調(diào)節(jié)pH值在 4~6之間，攪拌成均勻懸浮體備用；(2) 復(fù)合制備稱取步驟(1)中的色彩調(diào)節(jié)劑100份，氧化還原控制劑0.1 1份，紅外增 強(qiáng)劑0.1 0.7份，燒結(jié)劑0.1 5.0份，放入球磨機(jī)中，混合研磨至均勻研磨漿狀 態(tài)；然后干燥至水分含量小于0.5%;將干燥后的粉末在500 90(TC下二次煅燒 2~48小時，得到顏料粉體；最后研磨成粒徑在0.05 10微米的顏料粉體，單位為重量份。
7、 如權(quán)利要求6所述的無毒紅外反射顏料的制備方法，其特征還在于，所 述的顏料粉體采用濕法或干法研磨。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無毒紅外反射顏料及其制備方法。所述無毒紅外反射顏料包括組分及重量配比為色彩調(diào)節(jié)劑100份，氧化還原控制劑0.1～1份，紅外增強(qiáng)劑0.1～0.7份，燒結(jié)劑0.5份。本發(fā)明的無毒紅外反射顏料在200-750納米的可見光區(qū)具有小于8％的低反射率，在700-2500納米的近紅外區(qū)具有高于32％的紅外反射率，總太陽熱反射率高達(dá)40％；適用于各種水基，油基的高分子樹脂漆，紫外光固化樹脂，工程塑料，陶瓷粉體，水泥等介質(zhì)中，可應(yīng)用在輥涂金屬板材、混凝土，建筑陶瓷表面和基體材料中，能顯著降低物體的表面溫度；充分利用我國的自然資源，產(chǎn)品無毒環(huán)保，應(yīng)用范圍更加廣泛。
文檔編號C04B14/02GK101531833SQ200910026309
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者晶 王 申請人:無錫菲科爾生態(tài)環(huán)保科技有限公司