纳米ATO粉体的制备、分散及其在环保透明隔热涂料中的应用

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随着近年我国高速发展的经济水平和日益提高的人民生活水平,环保问题逐渐成为社会关注的焦点。各种工业及生活玻璃涂料的使用过程中,有机污染物产生的挥发性污染是影响空气质量的一个重要因素。同时,建筑、汽车等使用的门窗玻璃所吸收的太阳辐射能引起的室温过高也对人类的日常生活造成了一定影响。这使得环保型透明隔热涂料的研发成为目前涂料市场的一大需求。纳米材料因其特殊的尺寸、结构,具有一般材料所没有的特异的光电性能。半导体金属氧化物则因其特殊的电子结构和多样的金属离子价态,产生了各种物化性能。纳米半导体材料是目前最具市场推广前景的隔热功能材料。本文研究了锑掺杂氧化锡n型半导体纳米材料的制备方法,并探讨了其在隔热涂料方面的应用。主要研究内容包括:  ⑴以SbCl3和SnCl4·5H2O作为原料,采用配合均匀共沉淀法和溶胶凝胶法制备了纳米ATO粉体,通过热重分析确定前驱体的煅烧温度为450℃以上。采用XRD和TEM分别分析了粉体的物相结构和形貌,研究表明由配合均匀共沉淀法制备的纳米粉体结构形貌较好。制备纳米ATO粉体的最佳煅烧温度为600℃,最佳Sb/Sn掺杂比为0.6。XPS进一步证明Sb以+5价的形式掺杂入SnO2晶格中。最佳实验条件下制备的纳米ATO粉体为四方金红石相,呈不规则类球形,分散较均匀,不易团聚,平均粒径为10-20nm。  ⑵采用机械分散、添加化学分散剂联用的方法获得了分散稳定性良好的纳米ATO水性分散液。通过沉降实验、紫外可见分光光度测试、透射电镜等表征方法探讨了分散方法、分散时间、分散剂种类、分散剂用量及pH对分散效果的影响。测试结果表明,制备纳米ATO水性分散液的最佳分散工艺为超声20min、球磨24h混合分散,添加PVP作为分散剂,添加量为1.93%。  ⑶将分散均匀的纳米ATO水性浆料通过共混法与水性丙烯酸树脂搅拌混合,添加少量助剂,成功制备了环保型透明隔热纳米涂料。研究了不同纳米粉体固含量和不同浆料/树脂质量比对涂层力学性能的影响。得出最佳纳米ATO粉体添加量为5%,隔热浆料与树脂质量比为5/5时最佳。将制备的涂料用线棒涂布器均匀涂覆于玻璃基板,室温干燥固化后进行透光性和隔热性能的测试,实验结果显示,该环保型透明隔热涂层具有优异的透光性和隔热效果,对于可见光的透过率达到65%以上,采用自制的隔热效果测试箱测得室内降温效果可达10℃左右。对涂层进行综合性能测试表明,涂层的综合性能良好,具备较好的市场应用价值和推广前景。
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