1.本发明涉及隔热涂层技术领域，尤其是涉及一种具有微结构的透明隔热涂层及其制备方法和应用。
背景技术：2.可持续发展和绿色发展是未来发展的主流，降低能源消耗和节省能源是我国可持续发展和绿色发展的主要措施。我国在建筑行业的能源消耗占我国总消耗的35％左右。在夏天和冬天，空调和暖气的使用占建筑能耗的40％。为了减低能源消耗，可以在建筑玻璃和外墙上涂覆一层透明隔热涂层，该透明隔热涂层有效降低了温度，减少了红外光带来的热感，从而有利于减少空调的使用。
3.现有透明隔热涂层的隔热原理是反射近红外光，减少红外光的热效应，然而现有透明隔热涂层可见光的透过率仍然较低。同时，透明隔热涂层厚度太薄，近红外反射效果会降低，从而影响隔热效果；透明隔热涂层厚度太厚，可见光透过率会降低。然而，我国很多建筑都采用玻璃，可见光透过率低会影响到观感并降低太阳能的利用，尤其是应用在光伏发电时，可见光透过率低会影响光电转化效率。
4.鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种具有微结构的透明隔热涂层及其制备方法和应用，该透明隔热涂层可见光透过率高，同时降温隔热效果优异。
6.本发明提供一种具有微结构的透明隔热涂层的制备方法，包括如下步骤：
7.s1：将去离子水、分散剂、纳米粉体混合后球磨，制得浆料；
8.s2：将浆料与uv固化剂混合后球磨，制得涂料；
9.s3：采用具有微结构的线棒将涂料涂覆在基板上，固化成型，制得具有微结构的透明隔热涂层。
10.在本发明中，纳米粉体可以选取价格低廉、在可见光透过并且在近红外屏蔽的纳米粉体材料，将该纳米粉体均匀分散制备成涂层，可以有效地透过可见光反射近红外光。具体地，可见光高透近红外光屏蔽的材料可以选择铯钨青铜、氧化铟锡、纳米ato等，这些材料具有可见光高透反射近红外光的特性；由于纳米ato价格相对低廉，可见光透过性能较佳，且不易产生积热，因此纳米粉体优选为纳米ato。此外，对纳米粉体的粒径不作严格限制，例如可以为40-60nm。
11.纳米粉体分散均匀是制备浆料的重要指标，若纳米粉体分散不均，会导致浆料出现团聚现象，进而会影响可见光的透过率。本发明的制备方法采用物理分散结合化学分散的方式来制备分布均匀的浆料，其中物理分散采用球磨机进行分散，化学分散采用分散剂进行分散，分散剂可以采用硅烷偶联剂，例如硅烷偶联剂kh560等。将纳米ato粉体、去离子水、硅烷偶联剂kh560加入球磨罐，启动球磨机进行球磨，可以制备出纳米ato粉体分散均匀
的浆料。
12.在球磨时，可以控制去离子水、分散剂和纳米粉体之间的用量比例为(140-160)ml：(5-10)g：(1-3)g。此外，可以采用直径0.1-0.3mm的球磨珠进行球磨，球磨时可以控制球料比为(6-8)：(2-4)，转速为400-500r/min，球磨时间为4-6h，球磨珠的材质可以为二氧化锆等；其中，球料比指的是球磨珠与去离子水、分散剂和纳米粉体的混合材料的体积比。
13.在本发明中，可以选择透明且可见光透过率高的uv固化剂，例如uv固化剂k2018等。该固化剂具有优良的耐磨性能及耐酸碱性，制成的涂层比较坚韧，粘结牢固和可见光透过率高；同时，该uv固化剂k2018可用于玻璃，将该uv固化剂k2018与上述浆料放入到球磨罐中进行球磨，即可得到涂料。球磨时，浆料与uv固化剂的体积比可以为1：(1.5-2.5)，此外可以采用直径0.1-0.3mm的球磨珠进行球磨，球磨时可以控制球料比为(6-8)：(2-4)，转速为400-500r/min，球磨时间为4-6h，，球磨珠的材质可以为二氧化锆等。
14.在本发明中，可以选取价格便宜且在可见光具有高透过率的光学玻璃作为基板。为了充分利用太阳光且具有更好的可见光透过率，可以选择可见光高透过率的光学玻璃作为基板。由于可见光的透过率高低直接影响着对太阳光的利用效率，为了充分利用太阳光，可以选取光学玻璃k9或光学玻璃bk7作为基板，该玻璃具有较高的硬度和良好的抗划痕性能，其对可见光的透过率较高，优选采用光学玻璃bk7作为基板。
15.在本发明中，微结构可以为v型沟槽微结构；优选地，v型沟槽微结构的顶角可以为60-80
°
、结构周期为25-35μm。具体地，可以采用cnc数控精密磨床在线棒上加工出阵列v型沟槽微结构，将加工好的微结构线棒进行抛光和清洗备用。
16.本发明还提供一种具有微结构的透明隔热涂层，按照上述制备方法制得。
17.本发明还提供上述具有微结构的透明隔热涂层在建筑玻璃或外墙中的应用。
18.本发明的透明隔热涂层具有微结构，该微结构具有良好的减反射效果，可有效增加可见光的透过率；现有微结构涂层制备工艺通常是采用纳米压印方式进行复刻，通过光刻胶辅助，将模板上的微结构转移到待加工材料上，该加工方法对加工设备要求极高，且加工成本比较昂贵；而本发明通过将微结构加工在线棒上，将特制的涂料用带有微结构的线棒涂覆在基板上进行涂膜加工即可获得带有微结构的透明隔热涂层，再利用uv固化灯照射微结构涂层固化，即可制得具有微结构透明隔热涂层，该制备方法对设备要求很低，且微结构线棒可以反复利用，大大降低了加工成本，可用于大批量生产，解决了微结构透明隔热涂层加工复杂、设备要求高和制造成本高等问题。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为一实施方式的具有v型沟槽微结构的线棒的结构示意图；
21.图2为一实施方式的具有v型沟槽微结构的线棒涂膜器的结构示意图；
22.图3为一实施方式的具有微结构的透明隔热涂层的制备工艺图；
23.图4为实施例1制备的透明隔热涂层的透射率曲线；其中：a为v型沟槽微结构透明
隔热涂层；b为无微结构透明隔热涂层。
24.附图标记说明：
25.1：v型沟槽微结构线棒；2：v型沟槽微结构线棒涂膜器；3：bk7光学玻璃基板；4：透明隔热涂料；5：v型沟槽微结构透明隔热涂层；6：uv固化灯。
具体实施方式
26.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例1
30.结合图1至图3所示，本实施例的具有微结构的透明隔热涂层的制备方法，步骤如下：
31.1、制备v型沟槽微结构线棒1
32.首先将砂轮进行修整，将砂轮顶角修整为70
°
的v型，将20cm的线棒固定在加工台上，设置粗研磨深度为0.08毫米，粗研磨砂轮转速为2500转/分钟，粗研磨进给速度为600毫米/分钟，粗研磨进给深度为0.002毫米；精研磨深度为0.002毫米，精研磨砂轮转速为4000转/分钟，精研磨进给速度为100毫米/分钟，精研磨进给深度为0.001毫米，粗研磨v型尖端砂轮为#600金属基金刚石砂轮，精研磨v型尖端砂轮为#3000树脂基金刚石砂轮。通过上述加工，获得顶角为70
°
、结构周期为30μm的v型沟槽微结构线棒1。
33.2、制备纳米ato浆料
34.取150ml去离子水，50nm的ato纳米粉体8g，2g硅烷偶联剂kh560，将上述混合材料与0.2mm的二氧化锆球磨珠放入球磨罐中搅拌混合，混合材料与球磨珠的体积比为3：7。启动球磨机，设定转速500r/min球磨4小时，获得纳米ato粉体分散均匀的浆料。
35.3、制备涂料
36.将uv固化剂k2018与上述浆料按照2：1的体积比加入球磨罐，继续球磨4小时，获得透明隔热涂料4。
37.4、制备透明隔热涂层
38.对bk7光学玻璃基板3进行清洗，洗去玻璃基板表面的油污，使得bk7光学玻璃基板3达到无污染、无灰尘、无离子的状态。
39.将清洗干净的bk7光学玻璃基板3放在平面工作台中固定好，安装好加工出来的v型沟槽微结构线棒1，将上述制备好的透明隔热涂料4取样放在bk7光学玻璃基板3上，用v型
沟槽微结构线棒涂膜器2在bk7光学玻璃基板3上进行涂膜，涂膜完成后，立刻用uv固化灯6照射进行固化成型，即制得v型沟槽微结构透明隔热涂层5，其透射率曲线见图1。
40.实施例2
41.本实施例的具有微结构的透明隔热涂层的制备方法，步骤如下：
42.1、制备v型沟槽微结构线棒
43.首先将砂轮进行修整，将砂轮顶角修整为60
°
的v型，将20cm的线棒固定在加工台上，设置粗研磨深度为0.08毫米，粗研磨砂轮转速为2500转/分钟，粗研磨进给速度为600毫米/分钟，粗研磨进给深度为0.002毫米；精研磨深度为0.002毫米，精研磨砂轮转速为4000转/分钟，精研磨进给速度为100毫米/分钟，精研磨进给深度为0.001毫米，粗研磨v型尖端砂轮为#600金属基金刚石砂轮，精研磨v型尖端砂轮为#3000树脂基金刚石砂轮。通过上述加工，获得顶角为60
°
、结构周期为25μm的v型沟槽微结构线棒。
44.2、制备纳米ato浆料
45.取160ml去离子水，40nm的ato纳米粉体10g，3g硅烷偶联剂kh560，将上述混合材料与0.1mm的二氧化锆球磨珠放入球磨罐中搅拌混合，混合材料与球磨珠的体积比为2：8。启动球磨机，设定转速450r/min球磨5小时，获得纳米ato粉体分散均匀的浆料。
46.3、制备涂料
47.将uv固化剂k2018与上述浆料按照1.5：1的体积比加入球磨罐，继续球磨5小时，获得透明隔热涂料。
48.4、制备透明隔热涂层
49.对bk7光学玻璃基板进行清洗，洗去玻璃基板表面的油污，使得bk7光学玻璃基板达到无污染、无灰尘、无离子的状态。
50.将清洗干净的bk7光学玻璃基板放在平面工作台中固定好，安装好加工出来的v型沟槽微结构线棒，将上述制备好的透明隔热涂料取样放在bk7光学玻璃基板上，用v型沟槽微结构线棒涂膜器在bk7光学玻璃基板上进行涂膜，涂膜完成后，立刻用uv固化灯照射进行固化成型，即制得v型沟槽微结构透明隔热涂层。
51.实施例3
52.本实施例的具有微结构的透明隔热涂层的制备方法，步骤如下：
53.1、制备v型沟槽微结构线棒
54.首先将砂轮进行修整，将砂轮顶角修整为80
°
的v型，将20cm的线棒固定在加工台上，设置粗研磨深度为0.08毫米，粗研磨砂轮转速为2500转/分钟，粗研磨进给速度为600毫米/分钟，粗研磨进给深度为0.002毫米；精研磨深度为0.002毫米，精研磨砂轮转速为4000转/分钟，精研磨进给速度为100毫米/分钟，精研磨进给深度为0.001毫米，粗研磨v型尖端砂轮为#600金属基金刚石砂轮，精研磨v型尖端砂轮为#3000树脂基金刚石砂轮。通过上述加工，获得顶角为80
°
、结构周期为35μm的v型沟槽微结构线棒。
55.2、制备纳米ato浆料
56.取140ml去离子水，60nm的ato纳米粉体5g，1g硅烷偶联剂kh560，将上述混合材料与0.3mm的二氧化锆球磨珠放入球磨罐中搅拌混合，混合材料与球磨珠的体积比为4：6。启动球磨机，设定转速400r/min球磨6小时，获得纳米ato粉体分散均匀的浆料。
57.3、制备涂料
58.将uv固化剂k2018与上述浆料按照2.5：1的体积比加入球磨罐，继续球磨6小时，获得透明隔热涂料。
59.4、制备透明隔热涂层
60.对bk7光学玻璃基板进行清洗，洗去玻璃基板表面的油污，使得bk7光学玻璃基板达到无污染、无灰尘、无离子的状态。
61.将清洗干净的bk7光学玻璃基板放在平面工作台中固定好，安装好加工出来的v型沟槽微结构线棒，将上述制备好的透明隔热涂料取样放在bk7光学玻璃基板上，用v型沟槽微结构线棒涂膜器在bk7光学玻璃基板上进行涂膜，涂膜完成后，立刻用uv固化灯照射进行固化成型，即制得v型沟槽微结构透明隔热涂层。
62.对照例1
63.除采用未经加工的线棒(即不具有v型沟槽微结构的线棒)进行涂膜之外，其余与实施例1基本相同。
64.对照例2
65.除v型沟槽微结构线棒的顶角为50
°
、结构周期为20μm之外，其余与实施例1基本相同。
66.对照例3
67.除微结构线棒的微结构不同之外，其余与实施例1基本相同；本对照例的微结构为u型槽。
68.对照例4
69.除制备纳米ato浆料步骤中硅烷偶联剂kh560用量为0.5g、制备涂料步骤中uv固化剂k2018与浆料的体积比为3：1，其余与实施例1基本相同。
70.试验例1
71.采用紫外可见近红外分光光度计测试各透明隔热涂层的可见光透过率，采用模拟隔热测试装备测试各透明隔热涂层的降温隔热效果，结果见表1。
72.表1各透明隔热涂层的性能检测结果
73.透明隔热涂层可见光透过率近红外阻隔率照射10分钟测试温度实施例184.57％85.32％49.6
°
实施例283.78％84.21％51.3
°
实施例383.82％84.34％51.2
°
对照例173.21％87.86％49.1
°
对照例281.32％83.52％51.8
°
对照例379.87％81.23％52.4
°
对照例481.74％56.92％57.6
°
74.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：1.一种具有微结构的透明隔热涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：将去离子水、分散剂、纳米粉体混合后球磨，制得浆料；s2：将浆料与uv固化剂混合后球磨，制得涂料；s3：采用具有微结构的线棒将涂料涂覆在基板上，固化成型，制得具有微结构的透明隔热涂层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，纳米粉体选自铯钨青铜、氧化铟锡和纳米ato中的至少一种，优选为纳米ato。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，分散剂为硅烷偶联剂，优选为硅烷偶联剂kh560。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，去离子水、纳米粉体和分散剂之间的用量比例为(140-160)ml：(5-10)g：(1-3)g。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用直径0.1-0.3mm的球磨珠进行球磨，球磨时控制球料比为(6-8)：(2-4)，转速为400-500r/min，球磨时间为4-6h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，浆料与uv固化剂的体积比为1：(1.5-2.5)。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，基板为光学玻璃，优选为光学玻璃k9或光学玻璃bk7。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，微结构为v型沟槽微结构。9.一种具有微结构的透明隔热涂层，其特征在于，按照权利要求1-8任一所述的制备方法制得。10.权利要求9所述的具有微结构的透明隔热涂层在建筑玻璃或外墙中的应用。
技术总结本发明提供了一种具有微结构的透明隔热涂层及其制备方法和应用。本发明的具有微结构的透明隔热涂层的制备方法，包括如下步骤：S1：将去离子水、分散剂、纳米粉体混合后球磨，制得浆料；S2：将浆料与UV固化剂混合后球磨，制得涂料；S3：采用具有微结构的线棒将涂料涂覆在基板上，固化成型，制得具有微结构的透明隔热涂层。本发明的透明隔热涂层制备方法简单，制造成本低，可进行大规模批量化生产，制得的透明隔热涂层可见光透过率高，降温隔热效果优异。降温隔热效果优异。降温隔热效果优异。
技术研发人员：李萍 程锹轩 王锦新 向建化 陈华金
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2022.07.19
技术公布日：2022/11/1
