功能性隔熱填料的制備及其在反射型隔熱涂層中的應用.pdf

1、建筑物圍護結(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)濟性高、施工方便以及對熱應力不敏感等特點而受到廣泛關(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，降低光化學煙霧的生成幾率。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理及應用技術(shù)研究，重點研究了核殼結(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簇、氧化鋅納米棒/云母復合粉體等氧化鋅(ZnO)基輻射型隔熱填料的制備機

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)及應用奠定理論基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:
　　（一）開展了核殼結(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多孔微球形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，實現(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為原料，采用快速升溫法制備出具有核殼結(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PVP用量增至1.903 g時，微球平均大孔孔徑為～1.3μm。
　?。ǘ╅_展了二氧

5、化鈦/乙基纖維素復合多孔微球的制備研究，實現(xiàn)了二氧化鈦/乙基纖維素復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，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、氧化鈦粒子并未對其形貌產(chǎn)生顯著影響;添加納米二氧化鈦對所得微球內(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，所得復合多孔微球的通孔孔隙率分別為56％、54％和51％。
　?。ㄈ╅_展了高紅外輻射率納米氧化鋅的制備研究，實現(xiàn)了納米片狀氧化鋅以及氧化鋅納米片球狀團簇的可控制備，對比分析了納米片狀氧化鋅及氧化鋅納米片球狀團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簇;所得納米片狀氧化鋅粒子與氧化鋅納米片球狀團簇在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/云母復合粉體的制備研究，實現(xiàn)了云母表面負載氧化鋅

8、納米棒沉積密度的調(diào)節(jié)，闡明了納米粒子團簇結(jié)構(gòu)的形成對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)面取向生長成棒狀，其直徑約為150 nm，長度約為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，所得復合粉體的紅外輻射率逐漸增

9、加，最高達到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枚趸?乙基纖維素復合多孔微球為反射型填料，氧化鋅納米片球狀團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/乙基纖維素復合多孔微球為反射型填料制備反射型隔熱涂料，并考察了二氧化鈦/乙基纖維素復合多孔微球添加量對涂層隔熱性能的影響，當二氧化鈦/乙基纖維素復合多孔微球添加量為5.0 wt.％時，

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到85.6℃;在此基礎(chǔ)上，進一步考察了氧化鋅納米片球狀團簇添加量對涂層隔熱性能的影響，發(fā)現(xiàn)添加氧化鋅納米片球狀團簇進一步改善了涂層的隔熱性能，當氧化鋅納米片球狀團簇添加量為1.0 wt.％時，所得涂層的隔熱性能最好，覆有涂層的樣板經(jīng)半小時紅外燈照射之后，其溫度進一步下降至63.9℃，表明反射型填料與輻射型填料具有一