ATO隔熱涂料的研制

易鑒榮

【摘 要】以納米ATO粉末為原料，經(jīng)旋轉(zhuǎn)滾輪的離心力打碎，再通過高速惰性氣體撞擊，得到高分散性ATO漿料，向該ATO漿料中加入分散劑，攪拌均勻后靜置得到ATO隔熱涂料，該涂料性能穩(wěn)定、隔熱效果較好。

【關(guān)鍵詞】納米ATO粉末;隔熱;涂料

【中圖分類號】TQ637 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）07-0051-02

0 引言

目前，由于納米透明隔熱涂料能夠很好地透過可見光和阻隔紅外光，所以得到了越來越多涂料生產(chǎn)商的重視。國內(nèi)目前對這種涂料的研究還處于初級階段，也僅僅應(yīng)用于運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)的建筑物和運(yùn)輸工具上。納米ATO即摻銻二氧化錫是透明隔熱涂料中的主要材料，是一種具有良好導(dǎo)電性能且透明的N型半導(dǎo)體材料，納米導(dǎo)電粒子含有一定濃度的電子空穴，而引起自由載流子的吸收：對于占太陽能量5%的紫外線區(qū)（200～380 nm），ATO顆粒幾乎完全吸收;對于占50%能量的可見光區(qū)（380～780 nm），ATO不吸收;對于占50%能量的近紅外區(qū)域（780～2 600 nm），由于太陽光的頻率高于納米粒子的振動頻率，故起到對近紅外光能量的阻隔作用。若將ATO納米顆粒均勻分散到涂料中制得涂料，再涂覆到玻璃表面，既不影響室內(nèi)的采光，又具有良好的隔熱效果。由于現(xiàn)有的納米ATO涂料的制備方法的不足，制備的涂料中ATO粒徑分布不均，影響隔熱效果。

本研究以納米ATO粉末為原料，經(jīng)旋轉(zhuǎn)滾輪的離心力打碎，再通過高速惰性氣體撞擊，得到高分散性ATO漿料，向該ATO漿料中加入分散劑，攪拌均勻后靜置得到ATO隔熱涂料，該涂料性能穩(wěn)定、隔熱效果較好。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

納米摻銻二氧化錫（ATO）粉體、離子水、乙醇、水性聚氨酯乳液、硅烷偶聯(lián)。

1.2 主要儀器設(shè)備

磁力攪拌器、BT-9300激光粒徑儀、超聲波發(fā)生器、光譜分光光度計(jì)3101UV、光譜分光光度計(jì)、自制霧化裝置。

1.3 ATO隔熱涂料的制備工藝

1.3.1 高分散性ATO漿料的制備

首先向納米ATO粉末中加入去離子水?dāng)嚢杈鶆颍渲瞥蓾{料，然后將攪拌均勻的漿料通過噴嘴垂直噴射至高速旋轉(zhuǎn)的滾輪表面;在實(shí)施過程中，應(yīng)保證漿料噴射的質(zhì)量流率為7 g/s、噴嘴與滾輪之間的垂直距離為0.05 mm，同時(shí)采用的滾輪直徑為45 mm，滾輪轉(zhuǎn)速為320 r/min;噴嘴與滾輪的作用使?jié){料第一次分散，而甩向霧化室的漿料通過高速氣體撞擊，實(shí)現(xiàn)第二次分散;這樣使得ATO顆粒粒徑更小，為制備性能穩(wěn)定的涂料打好基礎(chǔ)。

在霧化室內(nèi)漿料從上向下運(yùn)動，而氣體由下向上撞擊漿料，從而使得兩者充分接觸，使得分散更加均勻;發(fā)生撞擊后，由于兩者密度不同，在重力的作用下會分離，因此可從霧化室上側(cè)收集氣體，下側(cè)收集分散后的ATO漿料，操作方便簡單。在霧化室內(nèi)，氣體的流向與水平方向的夾角最好為60°，且氣體流速保持30 m/s為宜，這樣使分散效果更好。

1.3.2 ATO隔熱涂料的制備

收集分散后的ATO漿料后，向其緩慢加入水性聚氨酯乳液或乙醇，并在轉(zhuǎn)速為300 r/min的磁力攪拌下加入水性聚氨酯乳液或硅烷偶聯(lián)劑，并攪拌40 min后靜置，從而得到ATO隔熱涂料。

1.3.3 ATO隔熱涂料薄膜的制備

將該涂料采用旋涂鍍膜方式制成薄膜，并在一定溫度下固化2 h，獲得ATO薄膜涂層。

1.4 主要性能檢測方法

1.4.1 納米ATO漿料的粒徑分布

用BT-9300H激光粒度分布儀測量納米ATO漿料的粒徑分布。當(dāng)粒徑不大于130 nm時(shí)，可認(rèn)為在可見光區(qū)域具有高的透光率，同時(shí)在紅外區(qū)域起到屏蔽作用[3]。

1.4.2 涂膜的光譜性能

用3101UV紫外-可見光-近紅外光光度計(jì)測量涂膜的可見光區(qū)及紅外光區(qū)的透過率。

1.4.3 涂膜隔熱效果表征

仿照南京工業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院制作的隔熱效果測試裝置，在同樣高度放置2個碘鎢燈作光源，將測試玻璃樣板和空白玻璃對照樣板放入2個相同的空心盒子上，并置于光源下。放置2支溫度計(jì)，分別測量盒子內(nèi)的空氣溫度和底板溫度，觀察溫度隨時(shí)間的變化。

1.4.4 涂膜的基本性能

依據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，對ATO隔熱涂料進(jìn)行基本性能測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 ATO粉原料粒度對ATO隔熱涂料粒度的影響

取不同粒徑的ATO粉末，加入去離子水中配制成25 wt%的漿料，按“1.3.1”和“1.3.2”步驟，向收集的ATO漿料中緩慢加入30 wt%水性聚氨酯乳液，其中ATO漿料與水性聚氨酯乳液的體積比為1∶4，獲得納米ATO涂料。結(jié)果見表1。

表1表明，原料為粒徑35 nm的ATO粉末制備的涂料中的ATO平均粒徑相對較好，為7 nm。

2.2 涂料固化溫度對ATO隔熱涂料性能的影響

取粒徑為35 nm的ATO粉末，加入去離子水中配制成25 wt%的漿料，按“1.3.1”和“1.3.2”步驟，向收集的ATO漿料中緩慢加入30 wt%水性聚氨酯乳液，其中ATO漿料與水性聚氨酯乳液的體積比為1∶4，獲得納米ATO涂料。將該涂料采用旋涂鍍膜方式制成薄膜，并在120～140 ℃溫度下固化2 h，獲得ATO薄膜涂層。結(jié)果見表2。

表2表明，將涂料采用旋涂鍍膜方式制成薄膜，并在130 ℃溫度下固化2 h，獲得ATO薄膜涂層性能較好。

2.3 分散劑對對ATO隔熱涂料性能的影響

取粒徑為35 nm的ATO粉末，加入去離子水中配制成25 wt%的漿料，向收集的ATO漿料中加入硅烷偶聯(lián)劑和水性聚氨酯乳液兩種不同分散劑，其他按“1.3.1”和“1.3.2”步驟獲得納米ATO涂料;將該涂料采用旋涂鍍膜方式制成薄膜，并在130 ℃溫度下固化2 h，獲得ATO薄膜涂層。結(jié)果見表3、表4。

對比表3和表4，向收集的ATO漿料中緩慢加入乙醇和硅烷偶聯(lián)劑，其中ATO漿料、乙醇、硅烷偶聯(lián)劑的體積比為1∶4∶0.07，獲得納米ATO涂料并將該涂料采用旋涂鍍膜方式制成薄膜，并在130 ℃溫度下固化2 h，獲得ATO薄膜涂層性能較好。

2.4 ATO漿料噴射方式對ATO隔熱涂料性能的影響

取粒徑為35 nm的ATO粉末，加入去離子水中配制成25 wt%的漿料，按“1.3.1”和“1.3.2”步驟制備ATO隔熱涂料，比較是否在氣體的壓力作用下漿料通過噴射器噴射至收集室，再從收集室上側(cè)回收氣體，從收集室底部收集ATO漿料;結(jié)果見表5。

表5表明，在氣體的壓力作用下漿料通過噴射器噴射至收集室，再從收集室上側(cè)回收氣體，從收集室底部收集ATO漿料，所得ATO隔熱涂料為優(yōu)。

3 結(jié)語

取粒徑約為35 nm的ATO粉末，加入乙醇中配制成25 wt%的漿料，再將漿料通過噴嘴垂直噴射至旋轉(zhuǎn)的滾輪表面;保持漿料噴射的質(zhì)量流率為7g/s、噴嘴與滾輪之間的垂直距離為0.05mm、滾輪直徑為45mm、滾輪轉(zhuǎn)速為320 r/min;同時(shí)，在霧化室內(nèi)，以與水平方向保持60°夾角，并以30 m/s的流速通入氬氣撞擊漿料;然后在氣體的壓力作用下漿料通過噴射器噴射至收集室，然后從霧化室上側(cè)回收氣體，從霧化室底部收集ATO漿料;接著向收集的ATO漿料中緩慢加入乙醇和硅烷偶聯(lián)劑，其中ATO漿料、乙醇、硅烷偶聯(lián)劑的體積比為1∶4∶0.07，并以轉(zhuǎn)速為300 r/min的磁力攪拌40 min后靜置，獲得納米ATO涂料;將該涂料采用旋涂鍍膜方式制成薄膜，并在130 ℃溫度下固化2 h，獲得ATO薄膜涂層性能。經(jīng)檢測涂層中的ATO平均粒徑約7 nm，涂料制成薄膜涂層后，其可見光均勻透過率約88%，紅外區(qū)阻隔率約90%，對水的接觸角為97.8°，隔熱效果明顯。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]榮金闖，王哲，黃菊.正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化納米ATO漿料分散工藝[J].廣州化工，2018（2）：40-43，47.

[2]楊波，常萌蕾.一種新型納米隔熱涂料的制備及性能 [J].廣東化工，2018（24）：23-25.

[3]王怡，王春曉，王首華，等.納米ATO透明隔熱涂料的制備與性能研究[J].涂料工業(yè)，2019（10）：43-47.