纳米ATO/水性PU隔热涂料制备与性能研究

摘要

随着我国经济的飞速发展，2011年我国已成为世界上最大的能源消费国和能源生产国。目前我国自然能源资源非常有限，据统计2011我国己探知的煤炭资源占世界的13.9%，石油资源占全世界的1.1%。随着能源资源的日益紧张，我国己制定出以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济的发展模式。建筑节能是低碳经济产业发展的一个重要的一种组成部分，其中建筑能耗是占全国能耗的32%。在建筑能耗方面我国建筑门窗散热量占建筑外围总散热量的50%以上，为发达国家3-5倍。因此提高门窗的保温隔热性能是降低建筑能耗的有效途径。目前建筑隔热玻璃主要有中空玻璃、真空玻璃、Low-E玻璃、阳光控制玻璃、贴膜玻璃等，这些玻璃由于部分工艺复杂、部分价格昂贵都难以大规模应用。纳米ATO是一种常见的半导体材料，具有较好的可见光透过率和红外阻隔性。可将纳米ATO作为功能性粉体加入到水性PU中制备成透明隔热涂料。
　　本论文首先研究了纳米ATO浆料的稳定性问题，主要考察了分散方法、分散时间、分散液比、pH值对纳米ATO稳定性的影响。结果表明：球磨分散法是最适合的分散方法，分散时间宜24h。当无水乙醇占总溶剂百分比为33wt%时所获得浆料的稳定性最好，浆料的pH为7偏碱性时分散体系最稳定。经过上述分散方法和工艺参数可制备得固含量约为20%的稳定浆料，其浆料三十天未见沉降。
　　将分散好的纳米ATO浆料与水性PU制备成透明隔热涂料。重点研究了纳米ATO浆料与水性PU的体积比、涂层厚度对透光性、隔热性、遮蔽系数的影响，并对涂层进行光学、隔热效果测试。通过扫描电镜对涂层分析表明，纳米粉体在涂抹中分布均匀。结果表明：纳米透明隔热涂层具有优异的光谱选择性。其中相同涂层厚度情况下纳米ATO浆料与水性PU体积比值越大涂层的隔热效果越好、遮蔽系数越小，但涂层的可见光透过率降低。隔热效果测试显示涂层厚度为100um时盒内平衡温度与空白样品玻璃温差达17℃。
　　纳米ATO/水性PU透明隔热涂料具有良好的隔热效果、高的可见光透过率，适用于建筑玻璃涂料。纳米ATO/水性PU透明隔热涂料具有成本低廉、制作工艺简单、施工方便等优点，具有很好的市场前景和极高的推广价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 我国能源有限，人均储量低

1.1.2 能源消费形势严峻

1.2 节能的目的和意义

1.3 建筑节能玻璃

1.3.1 中空玻璃

1.3.2 真空玻璃

1.3.3 Low-E玻璃

1.3.4 阳光控制玻璃

1.3.5 玻璃隔热膜

1.3.6 纳米透明隔热涂料

1.4 纳米技术

1.4.1 概述

1.4.2 纳米材料的特异效应与基本特性

1.4.3 纳米材料的制备

1.4.4 纳米材料的应用

1.5 纳米ATO粉末制备及应用

1.5.1 纳米ATO的制备

1.5.2 纳米ATO在涂料材料中的应用

1.6 透明隔热涂料的研究

1.6.1 国外透明隔热涂料的研究

1.6.2 国内透明隔热涂料的研究

1.7 本课题的研究意义和主要内容

1.7.1 本课题的研究意义

1.7.2 本课题主要研究内容

第二章 纳米复合涂料制备与表征方法

2.1 纳米复合涂料

2.2 概述

2.3 纳米涂料制备

2.4 纳米ATO浆料、纳米隔热涂膜表征

第三章 功能纳米ATO的分散性研究

3.1 实验试剂及设备

3.2 纳米ATO浆料制备流程

3.3 纳米粉体的分散

3.3.1 纳米粉体的分散稳定理论

3.3.2 纳米粉体的分散方法

3.4 表征

3.5 结果与讨论

3.5.1 纳米ATO的XRD分析

3.5.2 纳米ATO浆料性能表征

3.6 本章总结

第四章 透明涂料的制备及隔热性能研究

4.1 前言

4.2 实验试剂及设备

4.2.1 实验试剂

4.2.2 实验设备

4.3 实验流程

4.3.1 纳米ATO/水性PU透明隔热涂料制备流程

4.3.2 实验步骤

4.6 结果与讨论

4.6.1 纳米透明隔热涂料XRD图谱

4.6.2 纳米透明隔热涂膜SEM

4.6.3 纳米ATO浆料添加量对涂层透光性能的影响

4.6.4 纳米ATO/PU涂层厚度的影响

4.6.5 不同厚度的纳米ATO/PU涂层紫外-可见-近红外反射谱

4.6.6 隔热性能

4.7 涂层隔热机理研究

4.8 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录一