水性透明隔热涂料的制备与研究

张冠琦 陈何国 侯甫文

广州市白云化工实业有限公司

广东白云国际科学研究院

1前言

随着经济的快速发展，建筑能耗占社会总能耗的比例已达278％并逐年升高，对社会造成了沉重的能源负担和严重的环境污染。据统计，中国每年新建建筑面积近20亿平方米，其中80％以上为高能耗建筑，既有建筑近400亿m2，95％以上为高能耗建筑[1]，建筑的环保节能化迫在眉睫。门窗(尤其是玻璃)是建筑能量损失的最薄弱部位，面积约占建筑外维护结构面积的30%，其能量耗散约占建筑总能耗的2/3，是建筑采暖和制冷能耗最主要的原因，是建筑节能的重要研究对象。为了节约能源，科研人员进行了广泛的探索和研究，先后研制出低辐射镀膜玻璃[2]、阳光控制镀膜玻璃、玻璃贴膜、吸热玻璃、中空玻璃[3]、真空玻璃[4]等玻璃节能产品，但这些产品往往因可见光区透过率低、工艺条件复杂、价格昂贵等原因，限制了其推广应用。透明隔热涂料[5-9]是最近发展起来的一种能实现近红外光良好阻隔，同时又能保持较高的可见光透过率的玻璃节能涂料，因为环境友好、隔热效果佳、制备工艺简单、成本廉价等因素，为玻璃隔热问题的解决提供了新的方向，在建筑玻璃和汽车玻璃等领域的节能应用前景广阔。

本文以环保水性聚氨酯为成膜物，自制纳米ATO分散体为功能性填料，加入一些必要的流平剂、消泡剂、分散剂、增稠剂等助剂，经特殊工艺制得透明隔热涂料。将其涂覆在玻璃表面后，能够形成一层透明隔热涂膜，使玻璃在满足采光需求的同时又具备较好的隔热效果。

2实验部分

21主要试剂

水性聚氨酯购自拜尔化工；

纳米ATO分散体(自制)；

分散剂、消泡剂、流平剂、增稠剂等购自广州市华夏助剂化工有限公司；

其余去离子水、乙醇等皆为市售产品。

22仪器和设备

SFJ-400高速分散机：上海现代环境工程技术有限公司；

JY92-2D超声波细胞粉碎机：宁波新芝生物科技股份有限公司；

BGD506铅笔硬度计：广州标格达实验室仪器用品有限公司；

QFZ-Ⅱ型漆膜附着力试验仪：天津市材料试验机厂；

UV-3150紫外-可见光－近红外光度计：日本岛津仪器有限公司。

23水性透明隔热涂料的制备

231纳米ATO分散体的制备

参考李历历[10]的方法合成ATO粉体，粒径范围为5nm~15nm左右。在高速分散机中加入ATO粉体，并加入去离子水、分散剂、润湿剂、增稠剂等，高速分散约20h，调pH值到80，制得固含量约为18%的纳米ATO分散体。

232透明隔热涂料的制备按表1所示比例加入水性聚氨酯树脂，去离子水、分散剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂、流平剂等以及上述制备的纳米ATO分散体，先在中速条件下分散2h~3h，再接着超声05h~10h，可得不同隔热参数的透明隔热涂料。

表1 透明隔热涂料的配方

24涂膜试样的制作

制备的透明隔热涂料A~F，用特定厚度的湿膜涂布器分别涂覆在150mm100mm5mm的浮法玻璃表面，单面涂覆。涂覆后试样在室温条件下自然干燥。

25透明隔热涂料的测试

251物理性能

依据相关国家标准，对透明隔热涂膜玻璃进行涂膜附着力、硬度、耐酸碱性、耐水性、耐温变性、耐老化性等方面的测试。

252光学性能

用岛津UV-3150紫外-可见光－近红外光度计测量涂膜玻璃200nm～2500nm的光学透过率，按GB/T2681994标准测试并计算涂膜玻璃的可见光透过率以及遮蔽系数。

253隔热效果

按文献[11]自制了一个隔热效果模拟演示装置(如图1)，在同一高度放置2个完全相同的250W红外灯作为光源，正下方放置一只空心箱，箱体内部装有隔热泡沫板，箱体中间隔开分成两个一样大小的隔室，隔室里各装有一个风扇搅动空气，使空气温度在很短的时间内达到平衡。测试时左右两隔室上端口各放一块经透明隔热涂料处理后的涂膜玻璃及空白对照玻璃。每个隔室里各接1个热电偶，记录隔室里空气温度随时间的变化。

图1 隔热效果模拟演示装置简图