影响纳米ITO透明隔热涂料性能的因素

data-full-width-responsive="true"> 0 言现代建筑为了美观越来越多地采用玻璃墙幕, 普通玻璃虽然透光率高, 但对红外的阻隔不够, 增加了空调的使用率,浪费能源。为此, 在一些需要隔绝热辐射的场所, 人们采用了在玻璃表面镀膜或贴膜[ 1] 的方法节能, 但是这些产品存在隔热效果不佳、透光率较低、需要昂贵的设备、工艺条件的控制复杂等问题, 不利于向市场大面积推广。因此, 开发一种隔热效果好又不影响可见光透过率的高性价比的涂料具有实际意义。纳米半导体合金粉体对太阳光谱具有理想的选择性, 在可见光区透过率高, 而对红外光却具有很好的屏蔽性能[ 2] , 因此纳米材料的出现为透明隔热问题的解决提供了新的途径。涂膜玻璃是近几年才兴起的, 是在玻璃表面通过一定的工艺涂上一层透明隔热涂料, 在满足室内采光需要的同时(即有着较高的可见光透过率), 又使玻璃具有一定的隔热功能。太阳光的能量主要集中在可见光区和近红外区。此种玻璃涂料主要通过阻隔近红外区较多的热量来达到隔热目的。日本、韩国[3] (特别是日本)在透明隔热涂料方面已经申请了较多专利[4- 7] 。国内近几年也在进行透明隔热涂料的研制和开发[8] , 但是影响纳米隔热玻璃涂料性能的系统研究鲜见报道。本实验采用ITO浆料为隔热功能性材料, 以丙烯酸树脂为成膜剂成功制备了纳米透明隔热玻璃涂料, 重点研究了成膜物不同用量、不同固化条件对涂层的力学性能的影响, 不同纳米ITO 用量对隔热性能、光学性能的影响, 并测试了涂层的其他基本性能。1 实验部分1 1 实验原料醇溶性纳米ITO 浆料、丙烯酸树脂、分散剂、流平剂、润湿剂: 均为工业级。1 2 仪器与装置磁力搅拌器: 江苏中大仪器厂; 数显式电热干燥箱: 嘉兴市中新医疗仪器公司; 紫外- 可见光- 近红外分光光度计: 日本岛津公司; 隔热效果测试装置: 自制。1 3 透明隔热涂料的制备将一定量的纳米ITO 浆料加入适量的丙烯酸树脂中, 并加入适量的稀释剂( 由乙二醇丁醚、正丁醇、乙酸乙酯按一定的比例混合而成) , 在磁力搅拌下分散20 m in。静置10 m in,备用。玻璃基材的处理: 首先清除玻璃表面灰尘及污垢, 在10%NaOH 溶液中浸泡4 h, 取出用清水洗净, 烘干, 备用。1 4 性能测试1 4 1 样品制备用淋涂法将上述制得的涂料涂覆于处理过的玻璃基材表面, 室温下待溶剂挥发后放入烘箱, 在一定温度下固化成膜。1 4 2 涂膜光学性能测量在UV3101PC 型紫外- 可见光- 近红外分光光度计上测定涂膜在220~ 2 200 nm波长范围内的透过光谱曲线, 比较不同样品在各个波段的透过特性。用三波段透光率测量仪测试各样品在红外、紫外、可见光大致的透光率。1 4 3 透明隔热涂料隔热效果的表征根据文献[ 9], 采用自制的隔热效果测试装置, 测定所制得的透明隔热玻璃的隔热效果。2 结果与讨论2 1 成膜物不同用量对力学性能的影响制取丙烯酸树脂成膜物含量为40%、45%、50%、55%、60%的纳米透明隔热涂料, 淋涂在处理过的玻璃基材上, 室温下, 待溶剂挥发后放入烘箱中, 于120 OC下固化, 时间为40 m in。样品编号为表1 为室温冷却24 h后各样品的硬度和附着力测试结果。由表1 可知, 当丙烯酸树脂的含量为50%时, 涂膜的硬度达到3H, 附着力为0级, 满足市场要求, 而继续增加其用量, 力学性能没明显变化, 反而增加成本, 因此, 选择丙烯酸树脂成膜物的含量为50%。2 2 不同固化条件对力学性能的影响表2和表3分别列出了固化温度和时间对涂膜铅笔硬度和附着力的影响。从表2和表3可以看出, 随着固化温度的升高, 固化时间的延长, 涂膜硬度和附着力均呈现逐渐增高的趋势。固化温度达到120 ?? 后, 固化40 m in, 铅笔硬度为3H, 再继续升高温度至160 ?? 仍为3H, 可见固化温度过高意义不大, 而且温度为140 ?? 和160 ?? 时, 固化后的样品均匀度有所下降, 这主要是温度过高, 影响了均匀成膜的缘故。因此, 固化温度在120 OC左右为宜。选取固化温度为120OC , 由表3可以看出, 固化时间达到40 m in后, 再延长固化时间, 铅笔硬度已无明显变化。可见达到40 m in, 涂膜已达到实干, 再延长固化时间已没有必要。因此我们最终选定的固化条件为120 OC , 40 m in。2 3 不同纳米ITO用量对隔热性能的影响制取纳米ITO 含量分别为09%、1 2%、15%、18%、21%, 树脂含量为50%的纳米透明隔热涂料, 淋涂在处理过的玻璃基材上, 室温下, 待溶剂挥发后放入烘箱中, 在120 OC下固化40 m in。(对应样品编号为A、B、C、D、E) 24 h 后用自制的隔热效果测试装置测其隔热效果, 每隔2 m in读取1次数据, 图1为不同ITO 用量的样品在30 m in内的隔热效果。由图1可见, 在红外灯照射下, 空白玻璃和涂膜之间的升温速度差异很明显, 5 m in后相差约40 OC , 说明该涂料有明显的隔热效果, 且随着纳米ITO 用量的增加, 隔热效果也增加。ITO含量从12%到1 5% 的样品隔热效果有明显变化, 再增加ITO的量, 变化不是很明显, 而且漆膜外观颜色加深, 可见光透光率下降, 成本提高, 故ITO的用量选15%。图2为不同时间段各样品的隔热效果。从图2 可以清楚地看到, 随着时间的延长, 温度变化变小, 随着ITO 用量的增加, 隔热效果明显增强, 当纳米ITO的含量为1 5%时, 隔热效果变化越来越小, 说明ITO 的用量选为1 5%具有较好的性价比。2 4 透明隔热涂料的光学性能图3是空白玻璃和样品A、C 和E 的透射光谱比较。从图3 可以看出, 普通玻璃载玻片除了在波长小于400 nm的紫外光区有很强的吸收以外, 在可见光区和近红外区的透过率近似于一条直线, 稳定在略高于90% 的水平上。而涂覆了该隔热涂料的载玻片的透过率曲线则有明显不同。它在可见光区的透过率可达80%左右, 而在波长大于800 nm的近红外区透过率开始下降, 波长在1200~ 2 500 nm时的红外阻隔率为95% 以上。这说明该涂膜具有良好的光谱选择性, 在保证透过足够可见光的同时, 对大部分近红外区的热量起到了有效的阻挡作用, 很好地解决了透明和隔热之间的矛盾。表4为用自制的三波段透过率测量仪粗略测试各样品在红外( IR) 、可见光( VL) 、紫外( UV) 中的透过率。由表4可看出, 随着ITO 含量的增加, 红外阻隔率增大, 但可见光的透过率则下降, 结合性价比, ITO的含量定为15%。2 5 透明隔热涂料的基本性能根据国家相关标准, 对其基本性能进行测试, 结果如表5所示。3 语( 1)当纳米ITO 用量为1 5%时, 成膜物含量为50%, 固化条件为120OC 和40 m in, 隔热性能和基本性能均良好。( 2)该透明隔热涂料具有良好的光谱选择性, 可见光区的透过率在80%以上, 而大部分红外光被有效阻隔。在优化条件下制得的复合涂膜的可见光透过率为86%, 而红外的透过率仅为5%, 即红外光明显被阻隔。( 3)通过对透明隔热涂料的隔热效果测试表明, 该涂料具有明显的隔热效果, 在红外灯照射下透明隔热玻璃和空白玻璃之间的温差可以达到40 OC以上, 照射时间达到30 m in以后基本达到升温平衡, 温度不再随时间的增加而继续升高。全文下载：http://filemarketscom/file/sunflower2011/9d7b1aff/