常溫可逆溫致變色涂料及其變色機(jī)理研究.pdf

1、在目前的建筑裝飾涂料中，由于其顏色均不能隨溫度變化而可逆變化，無法滿足人們夏季希望面對冷色調(diào)、冬季希望面對暖色調(diào)的要求，故需要研制常溫條件下涂料顏色能隨溫度變化而可逆變化的變色涂料。另外，在營造建筑舒適環(huán)境的過程中，人們希望建筑物能穿上冬季多從太陽輻射中吸熱、而夏季少從太陽輻射中吸熱的“外衣”，以從根本上解決營造建筑熱舒適環(huán)境的能量消耗問題，這就需要研制能隨溫度變化呈現(xiàn)吸熱絕熱可逆轉(zhuǎn)換的涂料。本文從上述要求出發(fā)，經(jīng)過試驗(yàn)探索研

2、究，研制出了上述兩種涂料，并對其常溫可逆溫致變色機(jī)理和吸熱絕熱可逆轉(zhuǎn)換機(jī)理進(jìn)行了研究。全文由六個(gè)章節(jié)組成，主要內(nèi)容如下：通過對現(xiàn)有建筑涂料顏色分析，得出需研究能于冬夏之間顏色可呈可逆變化的涂料，經(jīng)過多種材料的探索試驗(yàn)，尋找到數(shù)種能于常溫范圍內(nèi)顏色可隨溫度變化呈可逆變化的溫致變色顏料。并根據(jù)其在涂料中應(yīng)用的要求，采用微膠囊工藝方法進(jìn)行包囊處理，進(jìn)而配制成單變色、多變色常溫可逆溫致變色涂料，測定了其變色溫度為18℃和32℃左右，并

3、測定了涂料的顏色坐標(biāo)，結(jié)果表明所研制涂料的顏色可在低溫時(shí)的暖色調(diào)和高溫時(shí)的冷色調(diào)之間隨溫度而可逆變化。在分析研究了顏色物理本質(zhì)、顏色與物質(zhì)結(jié)構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過IR、Raman、1HNMR方法研究測試了常溫可逆溫致變色顏料在變色前后分子結(jié)構(gòu)上的變化。研究發(fā)現(xiàn)，IR譜中顯示，顏料分子的內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)有開環(huán)跡象，C=O吸收峰在低溫變色后基本消失，相應(yīng)出現(xiàn)了一些新的吸收峰；Raman譜顯示變色后，對稱性較高的-C(-…)○(-…)○結(jié)

4、構(gòu)中的C-O鍵吸收峰移向高波數(shù)區(qū)；1HNMR譜顯示變色前后，顯色劑的羥基氫與-C(-…)○(-…)○結(jié)構(gòu)之間存在某種形式的結(jié)合作用，該作用連同溶劑作用使開環(huán)結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定存在，從而使供吸電子發(fā)色體的共軛橋得以聯(lián)通延長，產(chǎn)生可見光選擇吸收現(xiàn)象。根據(jù)以上研究，建立了常溫可逆溫致變色顏料的變色機(jī)理模型，說明了各組分的作用機(jī)理。通過分析建筑物熱環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合人體感覺熱舒適溫度，總結(jié)出合理處置利用太陽能是營造建筑熱舒適環(huán)境的根本途徑。根

5、據(jù)這條途徑要求，采用常溫可逆溫致變色顏料，配制出了在夏季少從太陽輻射中吸熱，冬季可多從太陽輻射中吸熱的吸熱絕熱型建筑涂料。測試了該涂料的太陽吸收率和熱發(fā)射率，采用紅外熱像儀和自然曝曬研究了該涂料的吸熱絕熱情況，結(jié)果表明該涂料在低溫環(huán)境下的吸熱效果接近于常見彩色外墻涂料，高溫環(huán)境下的反射絕熱效果接近于淺色降溫涂料，且可在人體感覺舒適的溫度，可逆地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換。在概括分析了太陽能選擇性吸收涂料的吸熱機(jī)理及絕熱機(jī)理后，研究分析了吸熱

6、絕熱建筑涂料的吸熱絕熱機(jī)理。指出產(chǎn)生吸熱現(xiàn)象的原因在于溫致變色顏料在低溫環(huán)境中，于太陽輻射作用下，顏料分子非鍵分子軌道的一個(gè)電子躍遷至最低反鍵軌道，從而在可見光區(qū)產(chǎn)生選擇性吸收所致；產(chǎn)生絕熱現(xiàn)象的原因在于溫致變色顏料在高溫環(huán)境中，由于非鍵分子軌道上的電子躍遷所產(chǎn)生的吸收移入紫外光區(qū)，使可見光區(qū)的選擇性吸收現(xiàn)象消失所致。同時(shí)，研究指出產(chǎn)生上述吸熱絕熱現(xiàn)象隨溫度可逆轉(zhuǎn)換的原因在于溫致變色顏料的內(nèi)酯環(huán)隨溫度產(chǎn)生的開啟、閉合現(xiàn)象所致

7、。通過分析涂料老化環(huán)境特點(diǎn)，指出大氣環(huán)境中紫外線、濕度和溫度是影響其老化的主要因素。采用人工大氣老化儀研究測試了常溫可逆溫致變色涂料的老化性能。結(jié)果表明，在加速老化200h后，涂料的顏色逐漸變淡，但變色溫度未變。通過對有機(jī)材料老化機(jī)理的分析，研究了溫致變色涂料的老化機(jī)理，認(rèn)為在紫外線作用下，氨基苯環(huán)的斷裂是引起涂料老化的主要原因，并指出可采用添加紫外吸收劑、能量轉(zhuǎn)移劑及改變顏料分子結(jié)構(gòu)等方法作為提高其耐老化生能的主要研究方向