功能性隔熱填料的制備及其在反射型隔熱涂層中的應(yīng)用.pdf

1、建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱是降低建筑能耗、提高建筑物居住和使用功能的重要途徑之一，其關(guān)鍵是隔熱材料及體系。在各種建筑隔熱材料及體系中，隔熱涂料以其隔熱性能好、經(jīng)濟(jì)性高、施工方便以及對(duì)熱應(yīng)力不敏感等特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，特別是反射型隔熱涂料既可有效降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的濕度，從源頭上減少熱流的傳入，又在一定程度上改善城市熱島效應(yīng)，降低光化學(xué)煙霧的生成幾率。反射型隔熱涂料的功能主要來自功能性隔熱填料，但目前反射型隔熱涂料用功能性隔熱填料種類較少，功能較

2、為單一。因此，亟需開發(fā)新的應(yīng)用于反射型隔熱涂料的功能性隔熱填料。
　　本文在綜合論述了隔熱涂料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)隔熱涂料用填料存在的問題，開展了新型反射型隔熱填料及輻射型隔熱填料的制備機(jī)理及應(yīng)用技術(shù)研究，重點(diǎn)研究了核殼結(jié)構(gòu)中空二氧化鈦微球、多孔二氧化鈦微球、二氧化鈦/乙基纖維素復(fù)合多孔微球等基于多孔結(jié)構(gòu)的反射型隔熱填料以及納米片狀氧化鋅、氧化鋅納米片球狀團(tuán)簇、氧化鋅納米棒/云母復(fù)合粉體等氧化鋅(ZnO)基輻射型隔熱填料的制備機(jī)

3、理，并通過制備反射型隔熱涂料，分析了反射型填料與輻射型填料對(duì)涂層隔熱效果的影響，從而為新型功能性隔熱填料的開發(fā)及應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:
　?。ㄒ唬╅_展了核殼結(jié)構(gòu)中空二氧化鈦微球及多孔二氧化鈦微球的制備研究，系統(tǒng)研究原料組分以及制備工藝對(duì)多孔微球形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，實(shí)現(xiàn)了核殼結(jié)構(gòu)中空二氧化鈦微球以及具有大孔結(jié)構(gòu)的多孔二氧化鈦微球的可控制備。采用乳液法結(jié)合溶膠凝膠法，在螯合劑乙酰乙酸乙酯與前驅(qū)體鈦酸四正丁酯摩爾比為1∶

4、1，鈦酸四正丁酯與油相溶劑正辛醇體積比為1∶2條件下，制備出具有良好球狀形貌的二氧化鈦凝膠微球;以制備的二氧化鈦凝膠微球?yàn)樵希捎每焖偕郎胤ㄖ苽涑鼍哂泻藲そY(jié)構(gòu)的中空二氧化鈦微球;在二氧化鈦凝膠微球的制備體系中，引入相分離劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，借助相分離機(jī)理制備具有多孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦微球;隨著PVP用量的增加，所得微球的內(nèi)部孔徑逐漸變大，當(dāng)PVP用量增至1.903 g時(shí)，微球平均大孔孔徑為～1.3μm。
　?。ǘ╅_展了二氧

5、化鈦/乙基纖維素復(fù)合多孔微球的制備研究，實(shí)現(xiàn)了二氧化鈦/乙基纖維素復(fù)合多孔微球的可控制備。采用乳液法制備了乙基纖維素多孔微球，當(dāng)油相溶液中乙基纖維素/乙酸乙酯質(zhì)量比分別為0.4/10、0.8/10和1.2/10時(shí)，制得的微球具有較好的球狀結(jié)構(gòu)，其平均粒徑分別為2.6、15.7和23.1μm，通孔孔隙率為72％、74％和68％;在乙基纖維素多孔微球制備體系中，添加納米二氧化鈦粒子后，所得二氧化鈦/乙基纖維素復(fù)合粒子形貌均為球狀結(jié)構(gòu)，納米二

6、氧化鈦粒子并未對(duì)其形貌產(chǎn)生顯著影響;添加納米二氧化鈦對(duì)所得微球內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)有一定的影響，納米二氧化鈦與乙基纖維素質(zhì)量比分別為0.1/0.8、0.2/0.8和0.4/0/8時(shí)，所得復(fù)合多孔微球的通孔孔隙率分別為56％、54％和51％。
　　（三）開展了高紅外輻射率納米氧化鋅的制備研究，實(shí)現(xiàn)了納米片狀氧化鋅以及氧化鋅納米片球狀團(tuán)簇的可控制備，對(duì)比分析了納米片狀氧化鋅及氧化鋅納米片球狀團(tuán)簇紅外輻射性能的差異。以二水合乙酸鋅為原料，NaOH

7、為礦化劑，采用水熱法制備出分散性較好的納米片狀氧化鋅粉體，其大小約在400 nm，厚度在20～50 nm之間;在納米片狀氧化鋅的制備體系中，添加乳酸、檸檬酸以及聚丙烯酸鈉等多官能度改性劑，促使納米片狀氧化鋅粒子通過自組裝形成氧化鋅納米片球狀團(tuán)簇;所得納米片狀氧化鋅粒子與氧化鋅納米片球狀團(tuán)簇在8～14μm光譜區(qū)域內(nèi)的紅外輻射率分別為0.90以及0.88。
　　（四）開展了氧化鋅納米棒/云母復(fù)合粉體的制備研究，實(shí)現(xiàn)了云母表面負(fù)載氧化鋅

8、納米棒沉積密度的調(diào)節(jié)，闡明了納米粒子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的形成對(duì)粉體紅外輻射性的影響。采用液相沉積法制備了氧化鋅/云母復(fù)合粉體，研究了云母表面晶種化以及氧化鋅納米棒在云母表面的沉積過程，ZnO在經(jīng)過表面晶種化的云母顆粒表面以(002)面取向生長(zhǎng)成棒狀，其直徑約為150 nm，長(zhǎng)度約為550nm;通過改變ZnO膠體粒子濃度可調(diào)節(jié)云母表面晶種化密度，從而控制云母表面氧化鋅納米棒的沉積密度;隨著云母表面氧化鋅沉積密度的增加，所得復(fù)合粉體的紅外輻射率逐漸增

9、加，最高達(dá)到0.863，而氧化鋅納米棒構(gòu)成的球狀粒子，其紅外輻射率為0.851。
　?。ㄎ澹?yīng)用二氧化鈦/乙基纖維素復(fù)合多孔微球?yàn)榉瓷湫吞盍?，氧化鋅納米片球狀團(tuán)簇為輻射型填料制備反射型隔熱涂料，研究了反射型填料與輻射型填料的隔熱協(xié)同作用。以二氧化鈦/乙基纖維素復(fù)合多孔微球?yàn)榉瓷湫吞盍现苽浞瓷湫透魺嵬苛希⒖疾炝硕趸?乙基纖維素復(fù)合多孔微球添加量對(duì)涂層隔熱性能的影響，當(dāng)二氧化鈦/乙基纖維素復(fù)合多孔微球添加量為5.0 wt.％時(shí)，

10、所得涂層具有較好的隔熱性能，覆有涂層的樣板經(jīng)半小時(shí)紅外燈照射之后，其溫度僅為67.7℃，而涂覆未添加多孔微球涂層的樣板溫度達(dá)到85.6℃;在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察了氧化鋅納米片球狀團(tuán)簇添加量對(duì)涂層隔熱性能的影響，發(fā)現(xiàn)添加氧化鋅納米片球狀團(tuán)簇進(jìn)一步改善了涂層的隔熱性能，當(dāng)氧化鋅納米片球狀團(tuán)簇添加量為1.0 wt.％時(shí)，所得涂層的隔熱性能最好，覆有涂層的樣板經(jīng)半小時(shí)紅外燈照射之后，其溫度進(jìn)一步下降至63.9℃，表明反射型填料與輻射型填料具有一