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水性透明隔热自洁的纳米氟碳涂料的制备与性能研究

作　者: 陆先德
导　师: 余刚
学　校: 湖南大学
专　业: 物理化学
关键词: 纳米氧化锡锑（ATO）纳米二氧化钛（TiO2）氟碳乳液透光率隔热性能自洁性能
分类号: TQ637
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

隔热透明纳米功能涂料不仅能够兼顾隔热与透光性能，而且具有耐腐蚀、耐老化、机械性能优异等优点，因而它在建筑玻璃及汽车玻璃上有广泛的应用。但现有产品存在一些的缺点：如隔热效果不佳；透光率较低；容易沾污，不便于清洁等,针对其缺点，本文在纳米材料的选择和和分散工艺方法等方面进行了改进和创新，改善了其性能。以环保型水性氟碳乳液为主要成膜物质，通过添加纳米氧化锡锑（ATO）和二氧化钛（TiO₂）来实现其隔热和自洁的双重功能，经一系列特殊工艺制得自洁透明隔热涂料。通过对制备涂层的透光性、隔热效果及自洁性能的表征表明：涂层在满足采光需求的同时，兼具较好的隔热效果和自洁性能，此外，涂层还具有氟碳涂料的优异性能。本涂料不但节能环保，而且还经济实用，具有很好的经济效益和社会效益。具体研究成果如下：1.通过对纳米ATO的表面改性和分散性能研究表明：KH-570是纳米ATO最合适的改性偶联剂，其最佳用量为ATO的1.50.1wt.%，最优的分散剂是731A：3275=1:1的混合分散剂，其最佳加入量为ATO浆料的0.80.1wt.%；最优的分散工艺为高速剪切分散40min+砂磨100min+超声20min。2.不同的成膜物质以及添加不同的助剂影响涂膜外观、平整度、透明性等，比较理想的成膜物质是氟碳乳液与苯丙乳液（或硅丙乳液）的混和乳液；最优的流平剂为聚氨酯2020，其添加量为涂料体系的0.60.1wt.%；最优的消泡剂为有机硅消泡剂W-082，最佳添加量为0.40.1wt.%。3.涂层的透明隔热性能和自洁性能通过对改变ATO和TiO₂的添加量来调整。影响涂膜的透明隔热性能的功能材料主要是ATO，随着ATO的量的增加，其可见光透过率下降，而隔热效果变的更好，TiO₂是涂层中具有自洁性能的功能材料。研究表明：ATO的添加量为涂料体系的1.5wt.%，TiO₂的添加量为涂料体系的0.1wt.%时，涂层具有最佳综合性能。综合以上各种实验结果，既满足采光率要求，又达到隔热，自洁，耐候等效果，采用的理想的成膜物质为氟碳乳液和苯丙乳液（或者硅丙乳液）的混合乳液，纳米ATO的添加量为1.5wt.%，TiO₂的添加量为0.1wt.%适宜。此时制备的涂料具有较好的综合性能，对玻璃的附着力好，耐水性，耐酸性和耐碱性优良，经500h人工气候老化性试验，漆膜基本无变化，可以用于玻璃表面的涂装，但涂料贮存的稳定性以及涂料的施工工艺还有待进一步改善。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-24
  1.1 氟碳涂料概述  11-14
    1.1.1 氟碳涂料的理化性质  11-13
    1.1.2 氟碳涂料的优越性能  13-14
  1.2 透明隔热涂料的研究现状  14-20
    1.2.1 纳米粒子的分散与改性  15-16
    1.2.2 纳米透明隔热涂料的制备方法  16-17
    1.2.3 国外透明隔热涂料的技术开发现状  17-18
    1.2.4 国内透明隔热涂料的研究现状  18-19
    1.2.5 存在问题与发展方向  19-20
  1.3 材料的选择与应用  20-22
    1.3.1 无机纳米材料的选择及依据  20-21
    1.3.2 高分子成膜剂的选择及依据  21-22
  1.4 课题的研究背景和研究内容  22-24
    1.4.1 课题的研究背景  22-23
    1.4.2 课题的研究内容  23-24
第2章实验材料与研究方法  24-30
  2.1 实验主要材料  24-26
  2.2 实验主要仪器设备  26
  2.3 涂料的制备及涂装工艺线路  26-27
  2.4 涂料及涂层的制备  27-28
    2.4.1 功能涂料的配方设计  27
    2.4.2 稳定纳米浆料的制备  27-28
    2.4.3 功能纳米涂料的制备  28
    2.4.4 涂层试样的制作  28
  2.5 涂层的性能表征  28-30
    2.5.1 扫描电子显微镜（SEM）分析  28
    2.5.2 涂层的隔热性能表征  28-29
    2.5.3 涂层的透光性能表征  29
    2.5.4 涂层的光催化自洁性能表征  29
    2.5.5 漆膜附着力表征  29
    2.5.6 漆膜其他性能表征  29-30
第3章纳米 ATO 的改性与分散性  30-41
  3.1 纳米 ATO 的表面改性  30-35
    3.1.1 偶联剂种类的筛选  31-32
    3.1.2 偶联剂用量优化  32-33
    3.1.3 纳米 ATO 改性前后分散性对比  33-34
    3.1.4 硅烷偶联剂的表面包裹机理分析  34-35
  3.2 影响 ATO 分散性的因素  35-37
    3.2.1 分散剂种类对 ATO 分散性的影响  35-36
    3.2.2 分散剂用量对 ATO 分散性的影响  36-37
    3.2.3 不同分散方法对 ATO 分散性的影响  37
  3.3 纳米粒子的分散、稳定化机理  37-40
    3.3.1 纳米粒子的分散过程  37-39
    3.3.2 纳米粒子分散过程的基本理论  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章纳米氟碳涂料的研制  41-51
  4.1 涂料的配方设计及制备工艺方法  41-42
  4.2 高分子成膜剂的筛选与应用  42-43
  4.3 流平剂的选择与应用  43-47
    4.3.1 流平机理分析  43-45
    4.3.2 流平剂种类的筛选  45-46
    4.3.3 流平剂用量的优化  46-47
  4.4 消泡剂的选择及应用  47-50
    4.4.1 消泡机理  48
    4.4.2 消泡剂的选择依据  48
    4.4.3 消泡剂种类的筛选  48-49
    4.4.4 消泡剂用量的优化  49-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章涂层的性能  51-59
  5.1 涂层的透光性  51-53
    5.1.1 ATO 添加量对涂层透光率的影响  51-52
    5.1.2 影响涂层透光率的理论分析  52-53
  5.2 涂层的隔热效果  53-55
    5.2.1 ATO 添加量对涂层隔热效果的影响  53-54
    5.2.2 纳米 ATO 的隔热机理及理论分析  54-55
  5.3 纳米TiO_2在涂层中的光催化自洁性能  55-57
    5.3.1 TiO_2添加量对涂层自洁性能的影响  55-56
    5.3.2 纳米TiO_2光催化机理分析  56-57
  5.4 其他性能表征  57-58
  5.5 本章小结  58-59
第6章经济与社会效益分析  59-63
  6.1 现有透明隔热材料的局限性  59-60
  6.2 经济与社会效益分析  60-63
    6.2.1 生产成本的构成及计算  60-61
    6.2.2 经济效益分析  61
    6.2.3 社会效益分析  61-63
结论  63-65
参考文献  65-72
附录攻读学位期间发表的学术论文  72-73
致谢  73

水性透明隔热自洁的纳米氟碳涂料的制备与性能研究

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