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随着我国经济的快速增长,能源和环境问题已经越来越受到关注。建筑物的玻璃门窗隔热效果差,造成巨大的能源浪费,研制开发新型节能产品,降低空调负荷,对缓解我国现阶段能源紧缺具有非常重要的意义。本文在对前人研究成果进行总结的基础上,利用纳米材料优良的光、热等性能,将具有光谱选择性的氧化锡锑(ATO)纳米材料稳定分散于水性介质中,再与水性聚氨酯共混制备具有透明、隔热等多功能水性环境友好纳米复合涂料。主要研究内容算如下:
⑴考察了体系的pH值、分散剂种类与用量、分散手段及工艺参数对纳米氧化锡锑分散稳定性的影响,应用Zeta电位仪、纳米粒度分析仪和TEM等研究了纳米氧化锡锑在水中的分散行为。结果表明,纳米氧化锡锑在水中的等电点在pH=2处,体系的pH值控制在7左右比较适宜。分散体系采用复合分散剂硅烷偶联剂KH-560/聚丙烯酸酯胺盐DP-518,用量为体系总量的5%左右,分散最均匀。采用高速分散40min(6000rpm)再超声分散30周期,可以获得小粒径且较窄的粒径分布。用上述最佳复合分散剂及分散工艺得到的纳米ATO水性浆料的粒径大部分在80~150nm之间。
⑵以纳米ATO分散浆料和水性聚氨酯为原料,采用共混法制备纳米ATO/水性聚氨酯复合涂料。建立了隔热性能的测试装置和简化的辐射传热数学模型,研究了固化条件、纳米ATO用量及涂膜厚度对涂膜力学、热学和光学性能的影响。结果表明,固化条件为80℃,2.5h,涂膜力学性能达到最佳;当w(ATO)/w(PU)=1:15时,所制得的纳米ATO/PU涂层的可见光平均透过率为87.1%;在碘钨灯照射下透明隔热玻璃和空白玻璃背面的温差可达到10℃,木盒内空气温差达到6℃左右,底板温差也达到4℃。随着涂膜厚度的增加,隔热效果也随之增加,可见光区的平均透过率则下降。
⑶从配方设计和性能设计的基本理论出发,通过正交试验优选了纳米ATO/水性聚氨酯涂料配方,其配方为w(ATO)/w(PU)=1:15、乙二醇单丁醚用量为4.0%、增稠剂WT-105A用量为0.5%、消泡剂DF-568用量为0.3%。优选配方所获得的涂层透明平整,可见光平均透过率达87%,隔热效果可达11.5℃,硬度达2H,附着力为1级。