多彩建筑隔热保温涂层的制备与性能

发布时间：2020-08-14 07:49

【摘要】：本课题以低碳环保、建筑节能为主题,对涂料用水性光固化聚氨酯树脂体系进行改性与彩色高近红外反射颜料的制备进行了相关研究,并将二者结合起来制备了可用于建筑屋顶及外墙的反射隔热涂层。水性聚氨酯(WPU)是一种公认的物理化学性能优良的环境友好型树脂体系。在WPU体系中引入紫外光固化技术,制备的紫外光固化水性聚氨酯(UV-WPU)与原有的WPU相比,更加的高效节能、经济环保。UV-WPU虽然备受涂料行业人员的青睐,但是其涂膜易燃、耐水性差的缺点无法满足建筑涂料的要求,因此本文使用有机氟、磷对传统UV-WPU进行阻燃、耐水的复合改性以期获得综合性能优异的成膜树脂。目前,高近红外反射颜料普遍存在颜色单一、缺乏理论指导、隔热效果不明显等诸多问题,因此本文制备了兼具较深颜色和高近红外反射率的无机复合颜料,并对其实际的隔热效果进行了相关测试。本文研究的主要内容及结果如下:第一部分:将含氟和含磷的功能链段引入到聚氨酯体系中,有效提升了UV-WPU材料的耐水、热稳定性和阻燃性能。以甲基丙烯酸十三氟庚酯(DFHMA)和巯代甘油(ME-DI)为原料,制备了单端羟基含氟二元醇(DI-DFOH);采用二羟甲基丙酸(DMPA)和季戊四醇(PER)合成了八羟基多元醇(DI-PE-8);使用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚碳酸酯二元醇(PCDL)、羟基磷酸酯(OP-550)、DI-DFOH、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、DI-PE-8为主要原料制备了有机氟-磷复合改性的UV固化星形疏水阻燃水性聚氨酯(UV-WFPPU)。使用红外光谱(FT-IR)和核磁共振(~1H-NMR)对所制产物的结构进行了表征和确认,并将其用于改性水性聚氨酯;对改性后的胶膜的表面相结构和性能进行了表征,考察了二元氟醇和阻燃剂OP-550用量对胶膜相结构及各项性能的影响。结果表明,氟元素含量为6%、OP-550添加量为25%时,得到的复合改性树脂具有良好的综合性能:吸水率为4.3%,水接触角为101°,极限氧含量为28.1,UL-94等级达到V-0,可用作建筑防火材料。第二部分:利用液相沉积法对无机颜料的制备工艺进行改进,成功制得了粒径在300nm以下的超细铁铬黑粉体,并考察了铁、铬添加量的摩尔比值对该系列颜料的相组成、颜色特性、近红外反射力以及隔热能力的影响。结果发现,铁铬黑系列颜料兼具较深的颜色和一定的近红外反射能力,同时,随着铁/铬比值的增加,粉体颜色逐渐加深。当铁、铬的添加比为3时(CF-3),该粉体的颜色接近于黑色(L=46.69、a=1.95、b=-3.02),其在近红外区域的平均反射率和太阳能反射率分别为44.34%和25.92%,远高于普通炭黑颜料,同时兼具优异的耐热耐酸性能。将该CF-3粉体与之前自制的改性树脂复配制备反射隔热涂层,并进行模拟太阳光照射实验,当CF-3粉体的固含量在25%时,该涂层与固含量相同的炭黑涂层的温差达到了6.9℃。为进一步提高铁铬黑颜料的近红外反射率,以CF-3粉体为基底,使用铝元素对其进行掺杂。结果发现,掺入铝后的颜料整体显现出棕红色,同时,掺杂颜料在近红外区的反射性能得到了大幅提升,当铝和铬的添加比为4时(CF-3-4),该粉体在780-2500 nm波段的平均反射率高达71.4%,太阳能反射率为42.3%,具有良好的热反射性能。第三部分:以金红石型TiO_2和纳米Cu O为基础,利用络合沉淀法制备了具有核壳结构的CuO/TiO_2复合颜料,并对该颜料的结构组成、颜色特性以及综合反射隔热能力进行了相关的表征。结果发现,CuO/TiO_2复合颜料整体表现出深灰色,且随着铜、钛添加比的增加而逐渐变深,当铜、钛的添加比为0.6时(CuTi-0.6),该粉体表现出深灰色(L*=47.69、a=1.32、b=-3.02),近红外反射率达到了87.3%,同时,该粉体对近红外波段和全波段的太阳能都具有较高的反射能力(NI-SR=70.6%、TSR=37.2%);将CuTi-0.6粉体与自制的改性树脂复配制得反射隔热涂层,当粉体的固含量为20%时,该涂层具有良好的近红外反射能力(NIR=50.27%、NI-SR=54.21%),与普通同色涂层一同进行日照模拟实验,温度恒定后二者的温差为11℃。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU761.11
【图文】：

中国建筑,能耗,历年,总能耗

第一章绪论究意义界自然资源加速消耗、价格上涨以及全球变暖的现状，生的矛盾日益加剧，能源节约已经成为科研学者、政府机构之一[1-2]。从上世纪开始，随着建筑规模的不断扩大和居高，建筑能耗日益增加，已经占到了世界一次能源消费的世界总排放量的三分之一左右[3]；在我国，建筑能耗已经耗的三大主体，占到社会总能耗的 30 %左右，再加上建建筑总能耗已经达到社会总能耗的 46 %以上，因此，建过程中的热点问题之一[4]。当前我国每年新建建筑面积大约以上属于高能耗建筑，如果这些建筑都采取了有效的节能 6000 亿元人民币，由此可见，建筑节能在我国迫在眉睫，

示意图,太阳辐照,能量分布,示意图

顶及外墙[15-17]，例如在整个美国和中国的长三角地区，[18]。然而，目前我国对近红外反射颜料的研究较少，并，无法满足社会的需求。对建筑反射隔热问题开发切实可行的解决方案，降低建方面都存在重要价值。面对现今深色反射颜料的稀缺，料制备技术并加以改进来增加其反射效果，研发相应的具有广阔应用前景的研究课题。料种生产施工方便快捷，隔热性能优良的新型功能涂料，种类型：热阻隔型以及热反射型[19]。其中热反射型隔热树脂、功能颜填料以及相关助剂来制备在可见光以及近的涂层，通过热反射来降低被涂物体对太阳辐照能量的阻隔型隔热涂料相比，热反射涂料具有良好的综合性能下的建筑或设备上时，隔热效果最为明显，因而得到了

示意图,隔热涂层,热反射,反射型

工人在施工时必须佩戴护眼装备以防光学刺伤，无法广泛应用于城市，国内热反射隔热涂料、颜填料的大型生产厂家较少，且重要原料多为我国的热反射涂料行业与国外企业存在巨大的差距，形势不容乐观，效隔热涂层仍是国内相关领域科研工作者的努力方向。热涂料的隔热机理热涂层主要由透明性高的成膜树脂和高反射率的颜填料组成，树脂主、硬度以及机械性能等产生重要作用，而反射颜填料则基本决定了涂力。阳光照射在涂层上的时候，光的能量将会同时发生吸收，透过和基底不透明时，可认为没有透过过程，光照的能量仅分为吸收和反射当涂层的反射率提高时，日光辐照能量的吸收就会相应减少，从而达体反射机理如图 1-3 所示，日光照射到涂层表面时会被立即反射掉率的功能填料将会通过散射和二次反射将吸收的光再次反射到外界，量的吸收。并且，反射隔热涂膜固有的热交换系数相对较弱，在反射好阻隔吸收的热量向基材传递，起到热阻隔的作用。

【相似文献】