新型节能隔热涂料的研究及应用

【摘要】：近年来，随着国家城镇化进程的不断加快，建筑产业发展迅速，人们的居住环境得到不断改善。但是由于绝大部分的建筑没有采用节能结构与节能材料，导致建筑能耗在我国社会总能耗中占了很大的比重，因此研究和开发建筑节能材料以减少建筑能耗已成为当前社会要解决的刻不容缓的问题。本文以有机氟、有机硅两种功能单体对丙烯酸树脂进行改性，结合了二者的优越性能，制备了成膜性能好以及耐水性、耐高低温性、保色保光性、附着力等膜性能优越的有机氟-硅改性丙烯酸乳液。以其作为基料，分别以中空二氧化硅微球、金属氧化物、陶瓷微珠为填料制备了单一机理的阻隔型、红外辐射型、反射型节能隔热涂料并且以三者的混合物为隔热填料制备了综合三种机理的复合型节能隔热涂料，分别优化了四种节能隔热涂料的配方，并对其隔热效果进行了比较。结果表明，所制备的节能隔热涂料具有较好的隔热效果与优异的综合性能，有望在实际应用中发挥作用。 本课题第一部分以乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)、丙烯酸正丁酯(BA)作为壳单体，以苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)作为核单体，合成了氟硅改性核壳结构纳米丙烯酸乳液。研究了核壳结构及VTES、DFMA等功能单体对涂膜性能的影响。采用红外光谱、激光光散射(DLS)和透射电镜(TEM)对乳液的化学结构、粒径分布和微观形貌进行表征；通过接触角测量对涂膜表面亲疏水性能进行表征。结果表明：核壳结构的纳米乳液粒径分布窄且均匀；VTES、DFMA的加入对涂膜的附着力、耐水性、耐紫外光、耐污性有提高，当VTES、DFMA加入量分别为单体总量的6%、8%时，所制得的纳米乳液的稳定性好，涂膜的综合性能好，其接触角高达110.2o，耐水性突出，可以很好的应用在节能隔热涂料中。 本课题第二部分分别以正辛胺和吡咯烷酮功能化的聚苯乙烯为模板制备了中空二氧化硅微球，研究了各种反应条件对所制备的中空二氧化硅的微观结构和分散性的影响。用红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)等方法对中空粒子的化学结构和微观结构进行了表征，通过电子显微镜观察了中空粒子的粒径和分散性。通过对两种制备方法进行比较，发现以正辛胺为模板制备的二氧化硅中空粒子不仅结构完整，粒径分布均匀，而且以其为填料制备的涂料具有很好的隔热效果。 本课题第三部分利用第一部分制备的氟硅改性纳米丙烯酸乳液作为基料，分别以第二部分制备的中空二氧化硅微球、金属氧化物、陶瓷微珠以及三者的混合物为隔热填料，制备了阻隔型、红外辐射型、反射型以及复合型节能隔热涂料。通过对不同类型的节能隔热涂料的隔热效果进行测试，发现复合型隔热涂料的隔热效果最为显著，其次以中空二氧化硅为填料制备的阻隔型隔热涂料也有较好的隔热效果。 【关键词】：氟-硅改性 纳米乳液 中空二氧化硅 节能隔热涂料
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ637
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 前言9
• 1.2 节能隔热涂料的研究现状与发展趋势9-11
• 1.2.1 节能隔热涂料的研究现状9-11
• 1.2.2 节能隔热涂料的发展趋势11
• 1.3 节能隔热涂料的分类和隔热原理11-15
• 1.3.1 阻隔型节能隔热涂料12
• 1.3.2 辐射型节能隔热涂料12-14
• 1.3.3 反射型节能隔热涂料14
• 1.3.4 复合型节能隔热涂料14-15
• 1.4 节能隔热涂料用树脂的研究15-17
• 1.4.1 有机硅改性丙烯酸乳液15-16
• 1.4.2 有机氟改性丙烯酸乳液16-17
• 1.5 传统节能隔热材料17-18
• 1.5.1 矿棉17
• 1.5.2 发泡聚苯乙烯(EPS)17
• 1.5.3 挤塑聚苯乙烯(XPS)17
• 1.5.4 软木17-18
• 1.5.5 矿棉聚氨酯(PUR)18
• 1.6 节能隔热涂料的应用领域18-19
• 1.6.1 建筑行业18-19
• 1.6.2 化工行业19
• 1.6.3 汽车制造行业19
• 1.7 立题依据与研究内容19-21
• 第二章 节能隔热涂料用树脂的制备21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-24
• 2.2.1 实验原料21
• 2.2.2 实验仪器与表征方法21-22
• 2.2.3 实验步骤22-24
• 2.2.3.1 油酸改性纳米 SiO222
• 2.2.3.2 各种不同类型的丙烯酸乳液的合成配方22-23
• 2.2.3.3 核-壳结构苯丙乳液的制备23
• 2.2.3.4 纳米 SiO2改性核-壳结构苯丙乳液的制备23
• 2.2.3.5 有机硅、纳米 SiO2改性核-壳结构苯丙乳液的制备23
• 2.2.3.6 有机无机杂化氟-硅改性丙烯酸乳液的制备23-24
• 2.3 结果与讨论24-29
• 2.3.1 红外光谱(FT-IR)24-25
• 2.3.2 乳液粒径及粒径分布（DLS 表征）25-26
• 2.3.3 乳液微观核-壳结构（TEM 表征）26
• 2.3.4 乳液与涂膜的性能26-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 中空 SiO2微球的制备31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 实验部分31-32
• 3.2.1 实验试剂及仪器31
• 3.2.2 实验步骤31-32
• 3.2.2.1 正辛胺模板法制备中空 SiO2微球31-32
• 3.2.2.2 聚苯乙烯模板法制备中空 SiO2微球32
• 3.3 结果与讨论32-41
• 3.3.1 正辛胺模板法制备的中空 SiO2的表征及结果分析32-35
• 3.3.1.1 红外分析33
• 3.3.1.2 热重分析33-34
• 3.3.1.3 光学显微镜分析34-35
• 3.3.1.4 扫描电镜分析35
• 3.3.2 反应条件对正辛胺模板法制备的中空 SiO2的影响35-38
• 3.3.2.1 反应温度的影响35-36
• 3.3.2.2 反应时间的影响36-37
• 3.3.2.3 搅拌速率的影响37-38
• 3.3.2.4 盐酸的影响38
• 3.3.3 聚苯乙烯模板法制备中空 SiO2的表征及结果分析38-41
• 3.3.3.1 红外分析38-39
• 3.3.3.2 热重分析39-40
• 3.3.3.3 聚苯乙烯微球的微观形貌40-41
• 3.3.3.4 聚苯乙烯模板法制备的 SiO2的微观形貌41
• 3.4 本章小结41-43
• 第四章 不同节能隔热涂料的制备与性能研究43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 实验部分43-45
• 4.2.1 实验试剂43
• 4.2.2 不同节能隔热涂料的制备43-45
• 4.2.2.1 阻隔型节能隔热涂料的制备43-44
• 4.2.2.2 辐射型节能隔热涂料的制备44
• 4.2.2.3 反射型节能隔热涂料的制备44-45
• 4.2.2.4 复合型节能隔热涂料的制备45
• 4.3 结果与讨论45-51
• 4.3.1 阻隔型节能隔热涂料的隔热性能45-48
• 4.3.1.1 不同中空 SiO2含量对阻隔型节能隔热涂料隔热效果的影响46-47
• 4.3.1.2 不同类型的填料对阻隔型节能隔热涂料隔热效果的影响47-48
• 4.3.2 辐射型节能隔热涂料的隔热性能48-50
• 4.3.2.1 不同红外辐射功能粉体含量对辐射型节能隔热涂料隔热效果的影响48-49
• 4.3.2.2 辐射型节能隔热涂料隔热效果测试49-50
• 4.3.3 反射型节能隔热涂料的隔热性能测试50
• 4.3.4 复合型节能隔热涂料的隔热性能测试50-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第五章 主要结论与展望53-55
• 主要结论53-54
• 展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-60
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文60

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