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基于ATO/PU涂层技术制备透明隔热PC阳光板

董绍春  
【摘要】:PC阳光板正日益成为建筑节能的首选材料之一。但其保温性主要依赖于双层间空气较低的热传导和对流,效果不理想,而若增加PC阳光板层数又将大大提高了其加工难度和工艺复杂性。从隔热保温原理上讲,通过透明设施的热量中,有60%是经红外传递的,因此减小红外辐射是增加PC板隔热保温性能的另一重要策略。 ATO(二氧化锡锑)纳米颗粒是一种对太阳光谱具有理想选择性透明隔热材料,即在可见光区透过率高,而对红外光却有很好的阻隔性能。目前它主要以涂料(水分散聚氨酯WPU为基体树脂)的形式应用于玻璃,起到透明隔热作用。但尚未见到将其应用于PC阳光板的报道。这可能跟涂层在PC表面的附着力较低有关。如能解决此难题,将有很高的应用价值和广阔的市场前景。 基于工程化考虑,本研究首先利用湿法球磨工艺研制了纳米分散的ATO水浆液。分别进行了小试和中试研究。系统考察了球磨前ATO悬浮液pH值、球磨时间、球磨罐/珠材质、球磨机转速、球磨珠直径、ATO浆液后处理与否等因素对ATO纳米分散效果的影响。发现球磨前调节pH值到10,使用不锈钢球磨罐和粒径0.2mm的锆珠,在480rpm转速下球磨7.5h,最后再在4000rpm下离心40min,即可得到纳米级稳定分散的ATO水性浆液(粒径在80nm左右),固含量在28%以上。 其后,将上述制得ATO浆液与水性聚氨酯(WPU)物理掺混,并添加助剂,涂敷在玻璃基底上,干燥固化后得到ATO/PU涂层。透射电镜观察证实ATO颗粒在涂层中达到纳米级均匀分布。考察ATO含量对所制涂层(涂层厚度约为40μm)透明隔热性能的影响发现,当ATO含量为9.1%时,涂层可见光区透过率为75%,红外阻隔率达83%,紫外阻隔率达80%。另外,添加偶联剂KH560(γ-环氧基丙基三甲氧基硅烷)可大幅提高涂层耐水性; 为提高涂层附着力,对PC阳光板表面进行了适度碱液处理,引入能反应的羟基和羧基。它们与ATO/WPU涂料中的KH560反应,使得涂层附着力明显提高(由5级上升到1级)。同时,仍保留了涂层良好的透明隔热性能。当ATO/PU涂层厚度为30μm时,PC阳光板依然具有较高可见光透过率(80%)和较高的红外光及紫外光阻隔率(分别为65.6%及94%);且实际隔热效果明显,与空白PC阳光板相比自测箱内温度降低了7℃左右。 最后,进一步深入研究了ATO的隔热机理。采用掺混法和涂层法分别将ATO纳米级分散至PC树脂内部和表面,对比测试实际隔热效果,表明涂层技术具有明显优势,进一步证实了ATO对红外光的阻隔是基于吸收而非反射。同时,利用叠合技术模拟纳米ATO分布位置,以及增加风吹模拟PC阳光板使用环境。证实纳米ATO只需分布在PC阳光板表面、环境风吹有利于更好地发挥隔热效果。


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