ATO/PU透明隔热涂料的制备与性能研究

2018-03-29荣金闯

现代盐化工 2018年1期

荣金闯，吴平，王哲，黄菊

建筑物、汽车、顶棚等大面积使用玻璃等透明材料时，太阳光的热辐射产生的能耗问题将导致巨大的能源浪费[1-2]。而太阳光的光谱由紫外光波段（200～380 nm）、可见光波段（380～780 nm）和红外线波段（780～2 500 nm）组成，其比例分别为3%，44%和53%。可见太阳光的能量基本来自可见光区和近红外光区[3,4]。为了得到较好的透明隔热效果，可在保证玻璃的透明性及透光性前提下，有效阻隔红外光的能量。同时，随着人们对低碳经济的认可，节能环保类材料也成为研究的热门[2,5-7]，为了满足人们对于透明隔热材料日益增长的需求，如何通过在玻璃上涂镀透明隔热膜达到预设的节能效果是当下我们研究的主要问题[8]。

纳米氧化锡锑（Antimony Doped Tin Oxide，ATO）是一种具有较高选择性的功能粉体，对可见光透过率高，而对红外光却具有较好的屏蔽性能。以ATO为填料制备的透明隔热涂料涂覆在玻璃表面，将能起到较好的透光隔热作用。本实验以纳米氧化锡锑为隔热填料，水性聚氨酯为成膜物质，制备透明隔热涂料，并对其透光性、隔热性能和物理性能进行研究。

1 实验部分

1.1 原料及器材

纳米氧化锡锑GN-P-A02，纳米技术及应用国家工程研究中心；硅烷偶联剂KH-570，化学纯，国药集团化学试剂有限公司；水性聚氨酯，工业级，济宁华凯树脂有限公司；聚乙二醇，消泡剂、流平剂等均为国产试剂。

多功能分散机CSF-400，上海创微机电设备有限公司；超声波处理器FS-250N，上海生析超声仪器有限公司；紫外-可见-近红外分光光度计Lambda750，美国PE公司；医用离心机，H1850，湖南湘仪实验室设备有限公司。

1.2 透明隔热涂料的制备

取一定量水性聚氨酯，用高速分散机在3 000 r/min转速下以一定比例加入pH=9的自制ATO水性浆料，并加入硅烷偶联剂搅拌30 min。搅拌过程中可加入少量有机硅消泡剂消泡。

将所制透明隔热涂料用四刃框式涂布器涂膜面进行涂膜，均匀覆盖于70 mm×30 mm×3 mm玻璃片上，涂膜前用稀盐酸浸泡玻璃片以清除杂质。涂膜后放入恒温干燥箱烘干固化，并用相同方法制备不含ATO浆料的空白试样，用以对比试验。所制备的涂膜中ATO质量分数分别为：0%，1%，2%，3%，4%，5%，10%，固化后待测。

1.3 透明隔热涂料性能测试

1.3.1 透光性能

利用Lambda750紫外-可见-近红外分光光度计测量涂膜在200～2 500 nm的透过率。测量时每隔5 nm记录一次数据。

1.3.2 隔热性能

隔热性能测试使用规格为40mm×40mm×3mm玻璃片，分别于碘钨灯和太阳光照条件下测试。自制涂膜隔热性能测试装置如图1所示，用于测试涂膜隔热性能。

图1 碘钨灯隔热性能测试装置

将涂抹隔热涂料的玻璃与空白玻璃分别置于碘钨灯两侧，将两个温度计分别放置于左腔室和右腔室。在泡沫箱底部放置500 W碘钨灯光源，每隔30 min记录一次数据，比较左右两腔室内温度变化，分析结果并比较。

1.3.3 物理性能

依据相关国家标准，按照GB/T 1720-1989测试方法，测试涂膜的漆膜附着力性能；按照GB/T 6739-2006测试方法，测试涂膜的铅笔硬度性能；按照GB/T 1733-93测试方法，测试涂膜的漆膜耐水性能；按照GB/T 1735-1979测试涂膜的耐热性能。

2 结果与讨论

2.1 ATO固含量对透光性能的影响

对涂膜在400～2 500 nm波长范围内的透过率测定结果如图2所示。可以看出，空白玻璃组透过率超过90%，红外透过率超过85%；1%固含量ATO涂膜透过率达到75%，红外阻隔率仅为33%；2%固含量ATO涂膜可见光透过率为71%，红外阻隔率为35%。当ATO 固含量达到3%时，其可见光透过率为71%，红外阻隔率高达57%；当ATO固含量分别为4%，5%，10%时，可见光透过率仅为64%，57%，50%。由此可见，对含有ATO的涂膜，在400～720 nm可见光区域，样品可见光透过率随ATO固含量增大而减小，透光率较高；在720～500 nm的近红外可见光区域，ATO固含量增大导致涂膜的红外阻隔率越来越高。ATO固含量为3%时，同时满足了对较高透光率和对红外光有效的阻隔。