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太阳热反射涂料可形成对太阳的热辐射具有高反射率的涂层,从而阻止热能传导,其应用对于改善工作环境、节约能源等具有重要意义。太阳热反射涂料中,起到热反射作用的主要有两部分:成膜物质和颜填料。用于太阳热反射涂料的树脂,必须对可见光和近红外光有较低的吸收率,而常用涂料的树脂基本上均可以满足该要求,因此涂层的反射太阳热能力主要与涂层中的反射材料(颜填料)有关。
本文采用溶胶-凝胶法等方法制备纳米二氧化硅和二氧化钛,利用紫外-可见-近红外分光光度计测定样品在400~2500nm的反射率,深入研究了制备条件对样品反射率的影响,获取最佳制备条件。与此同时,系统研究了纳米热反射填料的种类和形态等对热反射涂料热反射性能的影响,获得一种优化的热反射涂料制备方法,最后通过可见、近红外反射光谱和红外灯照射效果研究涂层的热反射性能。
实验结果表明,反应温度、pH值、反应物的体积比、溶胶的分散方式、老化和干燥方式等对纳米二氧化钛和二氧化硅粉体的反射率具有影响作用。当钛酸丁酯醇溶液滴加到水的乙醇溶液时,滴加速度越慢、反应温度越低、pH值越小和乙醇用量越多,则形成凝胶的时间越长,TiO2粉体的漫反射率越高。同时,采用超声分散法和提高粉体的煅烧温度也能提高TiO2粉体的漫反射率。最终获得了制备高漫反射率二氧化钛粉体的较为合适条件,即:温度T=40℃,pH=1,反应物的体积比V(钛酸丁酯):V(乙醇):V(冰乙酸):V(水)=1:6:2:0.3,采用超声分散法,60℃真空干燥24h,煅烧条件为800℃(3h)。由于球形二氧化钛在涂料中易于分散,本文也对球形二氧化钛的制备进行了研究,并制备了较好的球形二氧化钛。
本文也深入研究了纳米二氧化硅粉体的优化工艺条件。通过考察反应物添加量、酸碱催化剂用量、反应温度、水解时间、老化时间的正交实验,获得纳米二氧化硅粉体的较优工艺条件为:原料摩尔比为n(正硅酸乙脂):n(水):n(乙醇):n(氯化氢):n(氨气)=(1~1.2):(24~25):(38~40):(1.3×10-3~1.5×10-3):(0.08~0.16),反应温度为50~60℃,水解反应时间12~16min,老化时间10~24h。本文同时考察了干燥方式对二氧化钛粉体热反射率的影响。
最后,本论文对具有不同热反射率的粉体填加至涂料后的降温效果进行了研究。利用自制简易装置分别测定了不同热反射率的二氧化硅粉体、球形二氧化钛和无规则形状的二氧化钛粉体填加至涂料后的降温效果,并用紫外-可见-近红外分光光度计测定了所制涂料板在400~2500nm光谱范围内的热反射比。