铋/氮掺杂钛酸铝基红外复合材料及其制备方法技术领域
本发明属于红外复合材料技术领域，特别是一种环境友好、价格低廉、隔热性能好
的铋/氮掺杂钛酸铝基红外复合材料及其制备方法。
背景技术
太阳辐射能量的98%都处在0.15～3μm波段内（包括紫外、可见光波段和近红外波
段），其中可见光波段（400nm-700nm）和近红外波段(700-2500nm)总辐射能量之和占太阳总
辐射能量的95%左右。如果能够将可见光和近红外光反射就能够使太阳照射下的物体变得
凉爽，以节约能源。
目前，国内外研究学者和机构已经对具有反射性能的材料开展了很多研究，特别
是在近红外波段的反射性能研究。真田和俊研究了红外线反射性能在实际中的应用，其采
用的黑色颜料、涂料和树脂组合物的近红外反射性能可以达到65%左右（真田和俊，红外线
反射用黑色颜料、涂料和树脂组合物，中华人民共和国国家知识产权局，2008年）。马丁-扬
森等研究了三种晶体结构的氧化物-氮化物基着色颜料，扩宽了着色颜料的色谱宽度并增
强了颜色强度（CN95108649-氧化物-氮化物基着色颜料及其制备和用途.1995年）。很多研
究机构也迫切地在寻找无毒、高性能的红外复合材料的制备工艺和优化条件，以取代传统
的有毒低性能材料，从而适应社会对环境保护和产品性能的要求。
然而，上述反射材料制备方法普遍存在制备温度高、反应时间长、原料来源困难、
应用不广泛等问题。同时，作为红外复合材料时，没有对其隔热性能进行深入研究。
总之，现在技术存在的问题是：红外反射材料隔热性能不好、环境不友好，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铋/氮掺杂钛酸铝基红外复合材料，隔热性能好，环境
友好，成本低廉。
本发明的另一目的在于提供一种铋/氮掺杂钛酸铝基红外复合材料的制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种铋/氮掺杂钛酸铝基红外复合材料，其组成及重量百分含量为：
成膜材料，57～67；
米黄色红外填料，24～29；
溶剂，8～13；
消泡剂，0.5；
增稠剂，0.5；
其中，所述米黄色红外填料为BixAl1-xTi(O,N)3的粉末，式中，x=0、0.1、0.3、0.5、0.7或
1.0。
优选地，所述成膜材料为醇酸清漆。
优选地，所述溶剂为松香水。
优选地，所述消泡剂为DC-65有机硅消泡剂。
优选地，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠。
实现本发明另一目的的技术解决方案为：
一种铋/氮掺杂钛酸铝基红外复合材料及其制备方法，包括如下步骤：
（10）制备米黄色红外填料：将米黄色红外填料的原料混合、水浴加热、预处理、干燥、煅
烧、氨解，得到米黄色红外填料粉末，待用；
（20）混料：按配比先将成膜材料、溶剂、消泡剂及增稠剂混合搅拌均匀，再加入米黄色
红外填料研磨均匀使其充分分散，得到红外复合材料。
优选地，所述（10）制备米黄色红外填料步骤包括：
（11）原料混合：将钛酸四丁酯溶于乙二醇中，得到乳白色粘稠基液，将五水合硝酸铋和
九水合硝酸铝在室温下搅拌溶于上述粘稠基液中，得到反应液；
（12）水浴加热：将所述反应液水浴加热，搅拌同时缓慢加入一水合柠檬酸；
（13）预处理：继续搅拌，以氨水溶液作为中和试剂和反应促进剂，调节反应液PH值，并
继续升温，得到粘稠状液体；
（14）干燥：将上述粘稠状液体放入烘箱中干燥，得到干凝胶；
（15）煅烧：将干凝胶研磨后放入马弗炉中煅烧，制得前驱体粉末；
（16）氨解：将上述前驱体粉末置于管式炉中，氨解，在氨气气氛下随炉冷却，研磨，得到
所述米黄色红外填料粉末。
优选地，所述（11）原料混合及（12）水浴加热步骤中，五水合硝酸铋、九水合硝酸
铝、钛酸四丁酯、一水合柠檬酸的重量比为(0～29.10)：（22.51～0）：20.42：75.65。
优选地，所述（12）水浴加热步骤中，加热温度为85℃，加热时间为3h。
优选地，所述（13）预处理步骤中，氨水溶液浓度为1～4mol/L，反应液PH调节至8～
9。
优选地，所述（14）干燥步骤中，干燥温度为100～130℃，干燥时间为4～10h。
优选地，所述（15）煅烧步骤中，煅烧温度为700～950℃，煅烧时间为2～4h。
优选地，所述（16）氨解步骤中，氨解温度为800～1000℃，氨解时间为3～5h。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、隔热性能好：制备的BixAl1-xTi(O,N)3粉末，由于原子内或原子间的电荷跃迁，呈米
黄色且在近红外波段具有良好的反射性能，能有效反射近红外波段辐射能量，因此本专利
的红外复合材料，与现有的相似颜色的红外复合材料相比，具有更好的阻隔太阳热能向涂
层内部传递的性能，可降低室内温度3.8℃～4.9℃；
2、环境友好：不含Pb、Cd、Cr、Ni等重金属氧化物，有利于环境保护及人类健康；
3、成本低：制备方法简单，合成设备及原料易得，成本低廉。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为隔热性能测试实验装置图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员进一步理解本发明，以下实施例均按相同的制备方法制
备。
首先，制备米黄色红外填料：将米黄色红外填料的原料混合、水浴加热、预处理、干
燥、煅烧、氨解，得到米黄色红外填料粉末；其中，原料五水合硝酸铋、九水合硝酸铝、钛酸四
丁酯、一水合柠檬酸均为市售分析纯。米黄色红外填料原料配比如表1所示，从而得到通式
为BixAl1-xTi(O,N)3的粉末，如表1所示。
表1米黄色红外填料原料配比及米黄色红外填料成分表
然后，混料：按表2所示的红外复合材料配比先将成膜材料、溶剂、消泡剂及增稠剂混合
搅拌均匀，再加入米黄色红外填料研磨均匀使其充分分散，得到红外复合材料。
其中，醇酸清漆、松香水、DC-65有机硅消泡剂以及羧甲基纤维素钠均为市售原料。
表2红外复合材料配比表
将实施例及对比例的红外复合材料按标准JG/T 23-2001均匀涂刷于铝板(厚度2mm)
上，涂刷层厚度为60μm，涂刷后在自然环境下放置7天，制成红外复合材料测试板。
为检验本发明铋/氮掺杂钛酸铝基红外复合材料的隔热效果，将表2所述实施例中
的红外复合材料与由市售的氧化铁黄（Y01）颜料按与实施例中的红外复合材料相同的混料
方法制得的材料（对比例）相比较。比较实验使用的装置如图1所示。其中测试仪器包括：近
红外灯（BR 125 IR Red, 250 W）；数字温度计（VC6801A）。
装置模拟倾斜房屋而制，其中，箱体为中空，四面及底部材料为聚苯乙烯泡沫板，
厚度为10mm, 箱体的长×宽×高max×高min为 80×80×150×120mm，在箱体的一面开孔固
定温度计探头，探头位于箱体中心，具体步骤如下：
（1）将由实施例及对比例制备的红外复合材料测试板，放在箱体上方，涂刷涂料的一面
朝上，两箱体的几何中心应在灯泡的中心正下方，而且两箱体相邻面相距40mm；
（2）近红外灯与箱体最高点之间的距离为150mm，打开稳压电源，20分钟后两个箱体的
内部空气温度稳定，温度计显示数值基本不变。计算两箱体内温度差值，结果如表3所示。温
度差=实施例箱体的内部温度—对比例箱体的内部温度。
表3 实施例与对比例之间的箱体内部温度差 实施例
1
2
3
4
5
6
温度差（℃）
-4.9
-4.0
-3.8
-4.2
-4.1
-4.5
从表3中的测试结果可以看出，本发明的各实施例对应的箱体内部温度，均低于对比例
对应的箱体内部温度，相差分别为-4.9、-4.0、-3.8、-4.2、-4.1、-4.5。本发明的铋/氮掺杂
钛酸铝基红外复合材料可有效阻隔太阳热能向涂层内部传递，达到降低内部空间温度，节
省高温天气制冷能耗，缓解城市热岛效应的效果。而且，原料及成品中均不含Cd、Cr、Ni等重
金属氧化物，有利于环境保护及人类健康；制备方法简单，合成设备及原料易得，成本低廉。