夹心结构隔热材料的制备与性能研究

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随着能源危机的加剧,社会对节能和环保问题日益关注,对隔热材料的性能也提出了越来越高的要求。隔热涂料是隔热材料的一个重要组成部分,已经广泛应用到了日常生活中。而其中起到功能性作用的材料也得到日新月异地发展。普通的隔热材料虽然价格低廉、取材方便,但在其隔热性能方面尚需要提升。研制一种新型隔热材料来提高涂层的隔热效果将对节能降耗技术的发展具有重要的意义。本文提出了一种通过多层包覆构建夹心结构来提高材料隔热效率的方法。分别选取了空心玻璃微珠与氧化铝两种粉体作为实验基体,在其表面依次包覆二氧化钛、二氧化硅和掺锑氧化锡(ATO),通过对比实验研究了每层包覆对材料隔热性能的影响。  为了提高二氧化钛对无机基体的包覆效率以及改善无机粒子在有机物中的分散性,本文首先对无机基体进行表面粗化与硅烷偶联剂KH-792的接枝改性。对比了piranha洗液与传统碱蚀处理的粗化效果,并用FTIR对偶联剂改性结果进行了表征。SEM照片表明piranha洗液处理比碱蚀的粗化效果更好,红外谱图显示基体表面带有氨基,证明偶联剂成功连接到基体表面。  二氧化钛具有极高的折光指数,对红外以及可见光都能起到优异的反射效果。本文以钛酸丁酯为钛源,乙酰丙酮为水解抑制剂,用溶胶-凝胶法在无机基体表面包覆一层二氧化钛。利用SEM、XRD、FTIR等手段表征分析了处理时间与次数、煅烧温度对包覆结果的影响,并与硫酸钛液相沉积法进行对比。实验结果表明:无机基体在溶胶-凝胶体系中单次处理时间为2h,重复处理三次,煅烧温度为800℃,粉体表面成功包覆金红石、锐钛混合晶型的二氧化钛;相比硫酸钛液相沉积法,溶胶-凝胶法的单次包覆效率较低,但均匀度较高。  以硅酸钠为原料,氢氧化钠溶液为沉淀剂,用化学液相沉积法在二氧化钛/氧化铝复合粒子的表面沉淀了一层二氧化硅,一方面用来阻隔二氧化钛与涂料成膜成分的直接接触,另一方面构建夹心结构来提高材料的隔热效率。通过SEM、FTIR对包覆样品进行了表征。红外图谱显示:在1076.46cm-1处出现了Si-O-Si的反对称特征吸收峰,在469.26cm-1处出现了Ti-O对称振动吸收峰与Si-O对称振动吸收峰相叠加的峰。证明二氧化硅成功包覆到基体表面。  掺锑氧化锡(ATO)对红外区射线有着极高的反射率,能够弥补二氧化钛在近红外与中红外交界处反射率降低的缺陷,并且具有导电性,能够避免静电积累,稳定性好。本文以氯化锡、三氯化锑为原料,氨水为沉淀剂,二氧化硅/二氧化钛/氧化铝复合粒子为基体,用化学液相沉积法制备了掺锑氧化锡(ATO)/二氧化硅/二氧化钛/氧化铝复合粒子。对所得样品用SEM、XRD进行表征分析。结果表明:ATO成功包覆到基体表面,包覆后的基体形貌变化较大,包覆层较厚;X射线衍射谱图显示所得ATO包覆层晶型与四方相SnO2的衍射峰位置基本一致,实现了锑的复合掺杂。  最后选用E44树脂作为成膜物,低分子聚酰胺(650#)为固化剂,复合粉体为填料,通过加入各种助剂制得平整、光亮的基本性能良好的隔热涂层。通过涂膜力学性能分析,该隔热涂料的临界颜料体积浓度(CPVC)值在0.0328左右。用自制隔热效果测试装置对涂层隔热效果进行测试,结果显示:最终所得ATO/SiO2/TiO2/Al2O3复合粉体所制得涂层在碘钨灯照射30min后,与SiO2/TiO2/Al2O3复合粉体所制涂层相比,盒内空气温差1.2℃,与TiO2/Al2O3复合粉体所制涂层相比温差1.4℃,与未经改性粉体所制涂层温差3.2℃,与空白板相比温差达7.1℃。
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