水性透明隔热涂料的制备与研究.pdf

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编号:20181110221433358252    类型:共享资源    大小:246.25KB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
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透明隔热涂料的制备与 ... 水性透明隔热涂料的 和水性 涂 膜 透明隔热涂料 水性透明隔热涂料 水性透明隔热涂料的制备与研究 透明隔热涂膜 隔热涂料 水性透明隔热 涂料的制备与 隔热透明 制备和 透明隔热涂料的
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煞圭耋选 水性透明隔 热涂料 张冠琦 陈何国 侯甫文 圃州 的制备与研究 广州市白云化工实业有限公司 广东白云国际科学研究院 摘要:本文以水性聚氨酯树脂为成膜物。以自制的纳米ATO分散体为功能性填料,经一定的工艺制得透明隔热涂料. 将其涂覆在玻璃表面后,能形成一层透明隔热涂膜,在满足采光需求的同时,又表现出较好的隔热效果.在建筑玻璃和汽车 玻璃隔热节能领域具有较好的应用前景。 关键词:透明隔热;节能;玻璃涂料 Abstract:Water-based transparent heat insulation coatings was successfully prepared from waterbome polyurethane and sen produced nano-antimony tin oxide(ATO)dispersion.While this functional coatings covering the surface of window glass,a transparent film formed and exhibited excellent heat insulation property without the decrease of light transmittance.Due to its environment— friendly superiority and high heat insulation performance,water-based transparent heat insulation coatings has good potenial in the energy-saving treatment of architecture or automobile glass. Keywords:transparent heat insulation,energy-saving,slass coating 1 前言 随着经济的快速发展,建筑能耗占社会总能 耗的比例已达27.8%并逐年升高,对社会造成了沉 重的能源负担和严重的环境污染。据统计,中国每 年新建建筑面积近20亿平方米,其中80%以上为 高能耗建筑,既有建筑近400亿m2,95%以上为高 能耗建筑…,建筑的环保节能化迫在眉睫。门窗(尤 其是玻璃)是建筑能量损失的最薄弱部位,面积约 占建筑外维护结构面积的30%,其能量耗散约占 建筑总能耗的2/3,是建筑采暖和制冷能耗最主要 的原因,是建筑节能的重要研究对象。为了节约能 源,科研人员进行了广泛的探索和研究,先后研制 出低辐射镀膜玻璃[21、阳光控制镀膜玻璃、玻璃贴 膜、吸热玻璃、中空玻璃131、真空玻璃【41等玻璃节能 产品,但这些产品往往因可见光区透过率低、工艺 条件复杂、价格昂贵等原因,限制了其推广应用。 透明隔热涂料1“1是最近发展起来的一种能实现近 红外光良好阻隔,同时又能保持较高的可见光透 过率的玻璃节能涂料,因为环境友好、隔热效果 佳、制备工艺简单、成本廉价等因素,为玻璃隔热 问题的解决提供了新的方向,在建筑玻璃和汽车 玻璃等领域的节能应用前景广阔。 本文以环保水性聚氨酯为成膜物,自制纳米 ATO分散体为功能性填料,加入一些必要的流平 剂、消泡剂、分散剂、增稠剂等助剂,经特殊工艺制 得透明隔热涂料。将其涂覆在玻璃表面后,能够形 成一层透明隔热涂膜,使玻璃在满足采光需求的同 时又具备较好的隔热效果。 2实验部分 2.1 主要试剂 ——水性聚氨酯购自拜尔化工; ——纳米ATO分散体(自制); ——分散剂、消泡剂、流平剂、增稠剂等购自广 州市华夏助剂化工有限公司; ——其余去离子水、乙醇等皆为市售产品。 2.2仪器和设备 ——SFJ一400高速分散机:上海现代环境工程 技术有限公司; _JY92—2D超声波细胞粉碎机:宁波新芝生 物科技股份有限公司; ——BGD506铅笔硬度计:广州标格达实验室 仪器用品有限公司; ——QFZ一Ⅱ型漆膜附着力试验仪:天津市材料 试验机厂: ——UV一3150紫外一可见光一近红外光度计:日 本岛津仪器有限公司。 2.3水性透明隔热涂料的制备 2.3.1 纳米ATo分散体的制备 参考李历历【lOl的方法合成ATO粉体,粒径范围 为5nm~15nm左右。在高速分散机中加入ATO粉 2009.10 万方数据 圃删 体,并加入去离子水、分散剂、润湿剂、增稠剂等,高 速分散约20h,调pH值到8.0,制得固含量约为 18%的纳米ATO分散体。 2.3-2透明隔热涂料的制备 按表1所示比例加入水性聚氨酯树脂,去离子 水、分散剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂、流平剂等以及 上述制备的纳米ATO分散体,先在中速条件下分散 2h-3h,再接着超声0.5h—1.0h,可得不同隔热参数的 透明隔热涂料。 表1透明隔热涂料的配方 配方 A B C D E F 水性聚氨 58% 56% 54% 52% 50% 48% 酯树脂 纳米AT0 15% 20% 25% 30% 35% 40%分散体 去离子水 25% 22% 19% 16% 12% 9% 助剂 2% 2% 2% 2% 3% 3% 2.4涂膜试样的制作 制备的透明隔热涂料A—F,用特定厚度的湿膜 涂布器分别涂覆在150mmxl00mmx5mm的浮法玻 璃表面,单面涂覆。涂覆后试样在室温条件下自然 干燥。 2.5透明隔热涂料的测试 2.5.1 物理性能 依据相关国家标准,对透明隔热涂膜玻璃进行 涂膜附着力、硬度、耐酸碱性、耐水性、耐温变性、耐 老化性等方面的测试。 2.5.2光学性能 用岛津UV一3150紫外一可见光一近红外光度计 测量涂膜玻璃200nm一2500nto的光学透过率,按 GB/T 268--1994标准测试并计算涂膜玻璃的可见 光透过率以及遮蔽系数。 2.5.3隔热效果 按文献111I自制了一个隔热效果模拟演示装置(如 图1),在同一高度放置2个完全相同的250W红外 灯作为光源,正下方放置一只空心箱,箱体内部装 有隔热泡沫板,箱体中间隔开分成两个一样大小的 隔室,隔室里各装有一个风扇搅动空气,使空气温 度在很短的时间内达到平衡。测试时左右两隔室上 端口各放一块经透明隔热涂料处理后的涂膜玻璃 及空白对照玻璃。每个隔室里各接1个热电偶,记 录隔室里空气温度随时间的变化。 2 3 ========j 鋈 c======== 5 r5;n rSa l一一红外灯;2一一涂膜玻璃; 3一一空白玻璃;4一一热电偶;5一一风扇。 图1 隔热效果模拟演示装置简图 3结果与讨论 3.1 物理性能 依据相关国家标准,我们测试了透明隔热涂层 的一些基本性能,测试结果列于表2中。从表中可 以看出,所制备的透明隔热涂料对玻璃底材的附着 力比较好,并具有良好的耐水性、耐酸碱性、耐老化 性、耐温变性等,各项性能优异,完全能够满足作为 玻璃表面涂层使用和维护的各项要求。 表2透明隔热涂料的主要物理性能 项目 性能 测试标准 无硬块,搅拌后呈均匀 容器中状态 状态 正常,无针孔、流挂、鱼漆膜外观 眼等缺陷 (一5±2)℃的低温箱放置 18h,取出后(23±2)℃条 低温稳定性 件下放6h。重复三 次。无硬块、凝聚、分离 等现象 干燥时间 ≤1h GB几1 1728—1979 附着力 GB厂I'9286—19980级 硬度 2H GB厂r 6739—2006 耐水性 96h无异常 GB厂r 1733—1993 耐碱性 48h无异常 GB,I'9265—1988 涂层耐温 按J钾25规定进行, JG,I'25~1999 变性 做5次循环,无异常。 240h不起泡、不剥落、耐老化性 ISO 11507:2007不脱离 3.2 纳米ATO分散体含量对隔热效果的影响 纳米氧化锡锑(ATO)在涂料中主要起隔热作用, 2009.10 万方数据 它的含量决定涂料的隔热性能和隔热效果。为了弄 清纳米ATO分散体的含量与涂膜玻璃试样隔热效 果的关系,我们制备了一组不同纳米ATO分散体含 量的透明隔热涂料,并测定相应涂膜试样在 200nm一2500nm区间内的可见光透过率和光谱透过 曲线。表3列了不同纳米ATO分散体含量的隔热涂 膜玻璃试样的可见光透过率及遮蔽系数(湿膜厚度 为lOOtxm),图2为不同纳米ATO分散体含量隔热 涂膜玻璃的透过光谱曲线。从表3和图2中可以看 到与参照的空白玻璃试样相比,隔热涂膜玻璃试样 在表现出较好近红外光区阻隔效果的同时还能保 持相对较高的可见光透过率,能够满足采光的要 求。随着ATO分散体含量的增加,隔热涂膜玻璃试 样的可见光透过率和遮蔽系数也相应随之下降。 ATO分散体含量为40%的F试样的隔热效果要比 D、E好很多,遮蔽系数降到0.70,但可见光透过率 也相应地降低至67.0%。从成本、可见光透过率及遮 蔽系数等综合考虑,30%的ATO分散体含量是比较 适宜的。 表3透明隔热涂膜玻璃试样的光学性能 配方 白玻 A B C D E F ATO分散体含量 0 15% 20% 25% 30% 35% 铴 可见光透过率 88.9% 82.1% 78.7% 76.9% 73.6% 73.4% 67.O% 遮蔽系数 O.96 0.84 O.81 0.78 O.75 0.75 0.70 害 一哥 熠 璐 波长(rim) 图2不同AT0分散体含量的 隔热涂膜玻璃试样的透过光谱 3.3涂膜厚度对隔热效果的影响 透明隔热涂料外观略显蓝色,在玻璃表面施涂 后会形成一层浅蓝色的膜层,它的厚度直接影响涂 层的光学性能和隔热效果。因为干膜的厚度很难控 圃Ⅷ 制,我们采用控制透明隔热涂料的固含量和湿膜厚 度来实现控制涂层厚度的目的。表4列的是纳米 ATO分散体含量为30%的隔热涂料在5mm浮法玻 璃表面501xm一2001LLm厚度涂膜玻璃试样的光学性 能,图3是5个不同厚度涂膜玻璃试样的光谱曲 线。从表4和图3中可以看到随着湿膜厚度的增 加,试样对近红外光的阻隔性能也相应增强,同时 可见光透过率和遮蔽系数呈下降趋势;当湿膜厚度 超过lOOlxm以后,可见光透过率和遮蔽系数的下降 趋势更为显著,样品的可见光透过率降至70%以 下,特别是2001.Lm试样的可见光透过率降至 48.9%,这将会对建筑的采光造成极大的影响。透明 隔热涂料的主要技术优点是在阻隔太阳光中近红 外光区能量的同时还能保持较高的可见光透过率。 但2001xm试样使用后会大幅牺牲采光性能,通过增 加采光能耗的方式来达到降低制冷和采暖能耗的 目的,这有违节能降耗的意义。因此,透明隔热涂料 应用时较佳的湿膜厚度为1001山m。 表4不同涂膜厚度隔热涂膜玻璃的光学性能 湿膜厚度 501a,m 75um 100um 1501a,m 200斗m 可见光透过率 83.6% 78.2% 73.6% 62.7% 48.9% 遮蔽系数 0.85 O.80 0.75 0.65 O.53 一 誉 一哥 蜊 髓 图3不同涂膜厚度的隔热涂膜玻璃的透过光谱 3.4 隔热效果模拟 为了检测所制备的透明隔热涂料的隔热效果, 我们自制了一套模拟测试装置。测试光源选用光谱 曲线和太阳光类似的250W红外灯,测试时左侧的 隔室上方放置涂膜玻璃试样(本文选用纳米ATO分 散体含量为30%的D样品,涂膜厚度为lOOlxm,涂 2009.10 万方数据 点. 膜面背对光源),另一侧放置相同参数的5ram普通 浮法玻璃作为参照。以12h作为一个测试周期,每 隔10mini尸.录两隔室的空气温度。 图4为涂膜玻璃和空白玻璃的隔热效果对比 曲线,横坐标为照射时间,纵坐标为两隔室的空气 温度。从图中可以看到测试刚开始lh内,两隔室的 空气温度迅速增加,lh后呈缓慢升高的趋势;并且 在整个测试过程中,装有涂膜玻璃的隔室空气温度 始终低于空白玻璃那侧。当照射时间达到0.5h时, 两隔室的空气温差约为5℃,随着照射时间的增加, 空气温差缓慢增大;当照射时间为12h时,空气温 差为7.1℃。虽然在实际情况下,太阳光辐射强度、玻 璃朝向、风速、建筑环境等条件会影响涂膜的隔热 效果,但这组隔热效果对比模拟试验还是证明了透 明隔热涂料具有明显的隔热效果。 一 p ∑ 魁 赠 时间(h) 图4涂腰玻瑁和空臼玻瑁隔热效果对比模拟 4结论 以自制的纳米ATO分散体和水性聚氨酯为主 要成分制备的透明隔热涂料,涂覆在玻璃表面能形 成一层透明隔热涂层。经实验验证,纳米ATO分散 体的含量和涂膜厚度会影响涂层的隔热效果,30% 的纳米ATO分散体含量和1001xm湿膜厚度条件 下,涂膜玻璃的综合性能较好。在模拟环境下,涂膜 玻璃能使室内空气温度下降5℃一7℃,表现出较为 明显的隔热效果。 水性透明隔热涂料所具有的高可见光透过率、高 红外阻隔性能,以及环保、低成本等优势,在建筑玻璃 和汽车玻璃的隔热保温和环保节能方面拥有十分广 阔的应用前景,必将给人类生活带来极大的改善。 参考文献: 【l】德国能源署.中华人民共和国建设部建筑节能中心,中国 建筑节能手册.2007. 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