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SiO_2气凝胶/苯丙原位复合乳液的制备及其在隔热涂料中的应用

汪慧  
【摘要】:水性隔热涂料涂施于基材表面可有效降低基材内部温度,并对基材有良好的保护作用。因此,研究和开发新型隔热涂料是一个重要的研究课题。SiO2气凝胶是一种分散介质为气体的凝胶材料,其孔隙率高达80%~99.8%。由于其结构上的独特性,SiO2气凝胶表现出很多独特的性质。其最典型的特性是热导率非常低,在常温常压下热导率仅为0.013W/(m·K),是目前世界上热导率最小的固体材料。因此,将SiO2气凝胶加入到涂料中制成隔热涂料具有很好应用价值。 本文首先用硅烷偶联剂KH570对SiO2气凝胶表面进行改性,然后采用种子乳液聚合工艺将改性后的SiO2气凝胶与苯丙乳液原位复合,通过理论研究和条件实验,确定了最佳原料配比和工艺条件。最后,将合成的SiO2气凝胶/苯丙乳液作为基料制备了隔热涂料。并采用自制的隔热效果测试装置对隔热涂料的隔热效果进行了测定。 SiO2气凝胶表面改性结果:由粒径分析可知KH570含量为5%时,SiO2气凝胶粒子表面改性效果最好。通过红外谱图分析,可以发现,KH570已经接枝到SiO2气凝胶粒子表面。通过TEM分析可知,KH570对SiO2气凝胶粒子进行表面改性后,粒子的分散性得到明显改善。 SiO2气凝胶/苯丙原位复合乳液检测结果:SiO2气凝胶含量为4%,软硬单体比例为50/50,功能单体丙烯酸为4%,乳化剂SDS/OP-10含量为3%且SDS/OP-10的最佳比例为2/1,引发剂过硫酸铵用量为0.5%时,乳液具有较好的综合性能;经DSC分析结果可知,纯乳液的玻璃化温度(Tg)只有24.79℃,而SiO2气凝胶/苯丙原位复合乳液的玻璃化温度上升到29.32℃。通过红外谱图分析,说明SiO2气凝胶表面已经接枝了聚合物。由TEM,可以看出乳液呈较规则的圆球形,改性后SiO2气凝胶复合苯丙乳液分散性明显得到改善。 隔热涂料测试结果:SiO2气凝胶含量为4%时涂层硬度达到4H,且耐紫外光老化性能有了较明显的提高。通过对比不同SiO2气凝胶含量的涂层温度曲线,得出SiO2气凝胶含量为4%时隔热效果最好,含量为1%时隔热效果最差。通过对实际隔热效果的模拟实验,结果显示该隔热涂料具有较好的隔热效果,升温平衡后样品与空白玻璃的底板温差在10℃以上。SEM观察涂料产品的表面和内部微观形貌可知,涂层表面致密,内部呈鳞片状空穴。热重分析结果表明:产品的热稳定性高,在331℃前热损失仅为4%。 将本文制备的隔热涂料与常规隔热涂料相比,可知本文制备的隔热涂料无论是光泽度、色泽饱满度还是颜色方面都比常规隔热涂料好。由以上结论可以看出,该隔热涂料具有良好的力学性能和显著的隔热效果,因此具有很高的潜在应用价值。


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