低表面能透明隔热涂料的制备及其性能研究
随着我国经济增长方式的转变,环境不断恶化,极端气候频繁出现,造成我国南方大部分地区平均每年持续高温天气在24~27天或以上。高温不仅会对农业生产造成较大影响,同时使人体感到不适,工作效率降低,还可引发中暑、患肠道疾病和心脑血管等病症。降温制冷设备的使用会造成能源大量消耗,因此针对降低夏季室内气温的低能耗透明隔热涂料应运而生。<br>  针对目前透明隔热涂料普遍存在耐污性能不足、有机挥发物质过多等问题,本文通过分析透明隔热涂料透明隔热机理及其耐沾污机理,选择氧化锡锑(ATO)作为功能填料,并通过聚合热解法制备出纳米级ATO半导体材料...
随着我国经济增长方式的转变,环境不断恶化,极端气候频繁出现,造成我国南方大部分地区平均每年持续高温天气在24~27天或以上。高温不仅会对农业生产造成较大影响,同时使人体感到不适,工作效率降低,还可引发中暑、患肠道疾病和心脑血管等病症。降温制冷设备的使用会造成能源大量消耗,因此针对降低夏季室内气温的低能耗透明隔热涂料应运而生。
  针对目前透明隔热涂料普遍存在耐污性能不足、有机挥发物质过多等问题,本文通过分析透明隔热涂料透明隔热机理及其耐沾污机理,选择氧化锡锑(ATO)作为功能填料,并通过聚合热解法制备出纳米级ATO半导体材料;选用水为反应介质,丙烯酸系和氟单体为反应单体,制备出具有低表面能疏水结构的乳液—含氟聚丙烯酸酯乳液,作为低表面能透明隔热涂料用成膜基体;采用机械搅拌与化学添加剂相结合的方法将两者混合为均相体系。选用喷涂法将该涂料均匀的在建筑物玻璃表面成膜,预期在一定程度上降低室内气温,缓解高温给人类带来的不便,降低能耗,同时有效提高涂层的耐沾污性能,降低有机挥发物质(VOC)排放量。
  首先,对比分析聚合热解法及化学共沉淀法制备ATO的优劣,选择较佳的ATO制备方法,研究不同锑掺量对ATO性能的影响,通过单因素及正交试验对其水浆料的制备工艺进行探讨。结果表明:聚合热解法制备ATO工艺更简单、流程更简洁、所需时间更短,粉体粒径更小、粒径分布更加均匀、约为50nm,且不易发生团聚,分散更加均匀,电导率更大;当ATO的组成为摩尔比Sn∶Sb=11∶1时,ATO粒径最小,约为30~50nm;制备纳米ATO水浆料的最佳制备工艺条件为:机械分散时间为3.5h,化学分散剂用量为2.1%,分散盘转速为1050rpm。
  其次,选用赋予树脂柔韧性的丙烯酸丁酯(BA)、赋予树脂硬度的甲基丙烯酸甲酯(MMA)及具有疏水性的甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFHMA)等作为主要单体,应用种子-半连续法合成含氟聚丙烯酸酯乳液基体,并对乳液涂膜的基本性能作出评价。结果表明:当含氟聚丙烯酸酯乳液中成膜助剂乙二醇丁醚添加量为8%时,自然干燥条件下具有良好的成膜效果;聚丙烯酸酯乳液涂膜对紫外光的透过率最低为40%,可见光透过率最高达80%以上,具有良好的透明性同时也可有效阻挡紫外光;涂膜附着力等级为1级,具有较好的附着力;其与水的接触角平均为93.23°,与二甲基硅油的接触角平均为60.03°,表明具有较好的疏水疏油性能,使污染物不易附着于其表面,具有一定的耐沾污功能。
  再次,采用自制含氟聚丙烯酸酯乳液为成膜基体、纳米级半导体材料ATO为功能填料,通过临界颜料体积浓度(CPVC)原理设计涂料配方。配制一系列不同PVC的涂料,测试其密度及光泽度;测试结果表明,当涂料的PVC约为0.6时,此时涂料密度最大,为1.01397051 g/cm3,光泽度最低,为35.6,即涂料的CPVC约为0.6。研究不同机械手段对涂料贮存稳定性的影响,结果表明:多功能分散研磨机制备低表面能透明隔热涂料贮存稳定性较好,既无结皮,也不产生聚沉大颗粒,且粘度变化小于15%。
  最后,将低表面能透明隔热涂料经喷枪均匀喷涂在规格为16×16cm的玻璃板上,涂膜厚度约为20μm。采用自制隔热测试装置系统测试其隔热性能、可见-红外-近红外分光光度计分析其透明性能及隔热性能、冲水装置测试其耐沾污性、气相色谱分析技术定性定量检测其VOC含量。结果表明:系统内部温度在30℃以上时透明隔热涂料涂膜具有明显隔热效果。在300W碘钨灯照射条件下,涂覆涂层的试验箱内部温度最大降温值约1.5℃,在1000W碘钨灯照射条件下,涂覆涂层的试验箱内部温度最大降温值约2.5℃;涂层可见光范围内透过率在70%以上,具有良好的透明性;含氟涂层在耐污试验前后基本无色差,耐污等级为0级,具有良好的耐污性能;气相色谱分析可知涂料中的VOC主要成分为疏水性单体DFHMA和成膜助剂乙二醇丁醚,其总含量约为2.5g/L,远远低于《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》(GB18582-2008)中关于水性涂料VOC含量≤120g/L的规定,即制备的耐污型透明隔热涂料VOC含量非常低,是一种环境友好型涂料。
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作者: 郝建娟
学科专业: 材料工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 重庆交通大学
导师姓名: 曹雪娟 唐伯明
学位年度: 2015
语 种: chi
分类号: TU561.69
在线出版日期: 2015年11月2日