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      納米水性太陽能熱反射涂料的研究

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      -->>納米水性太陽能熱反射涂料的研究

      0 前言
      太陽能是人類賴以生存的必要能源,強烈的太陽熱輻射也會給人們的生產和生活帶來諸多不便。炎熱夏季,直接暴露在太陽光照射下的建筑屋頂、海上鉆井平臺、油罐、汽車等表面溫度不斷升高,不但增加能耗,還會給正常的生產作業帶來重大安全隱患。“十二五”規劃提出了“綠色發展建設資源節約型、環境友好型社會”,因此非常有必要開發和研究環保友好型的太陽能熱反射涂料,減少金屬表面熱量的積累。減少能耗的同時,降低VOC有害物質的排放,符合“十二五”規劃提出的發展“綠色”防腐涂料的新要求。
      太陽能根據波長的長短,分為紫外光區、可見光區和近紅外光區。紫外光區域,波長300~400 nm,約占太陽總能量的5%,可見光區域(即紅、橙、黃、綠、藍、紫),波長400~700 nm,約占太陽總能量的46%,近紅外光區域,波長700~2 500 nm,約占太陽總能量的49%?梢,太陽能主要集中在可見光區域和近紅外光區域。太陽能熱反射涂料主要反射可見光區域和近紅外光區域的太陽能。二氧化鈦白色顏料的折光指數是2.71,在顏料中折光指數最高,用二氧化鈦白色顏料制成的白色或淺色太陽能熱反射涂料,太陽能反射率高,能有效降低物體表面溫度的升高。隨著人們生活水平的提高,單一顏色很難滿足人們對顏色豐富多彩的需求。本試驗通過選用合適顏料,配合耐候性好的水性羥基丙烯酸樹脂,并對其進行納米濃縮漿改性,制備一種納米水性太陽能熱反射涂料。該太陽能熱反射涂料具有優異的太陽能反射能力,耐候性好、硬度高且水性環保。
       
      1 試驗部分
      1.1 主要原材料(見表1)
      納米水性太陽能熱反射涂料主要原材料
      1.2 儀器設備(見表2)
      試驗用主要儀器設備
      1.3 樣品的制備
      先將配方量的水性羥基樹脂、納米氧化硅濃縮漿、消泡劑、防腐防霉劑、腐蝕抑制劑和去離子水攪拌均勻,依次加入分散劑、顏料、填料,經砂磨機研磨至細度合格,加入流平劑、觸變劑,過濾包裝制得本試驗組分一,組分二為固化劑。通過理論計算,使其n(—NCO)∶n(—OH)=1.5∶1。樣品基礎配方見表3。
      納米水性太陽能熱反射涂料基礎配方
      2 結果與討論
      2.1 不同黑色顏料對太陽能反射率的影響
      配方中其他因素不變,分別選用國產普通色素炭黑、進口高色素炭黑和薛特公司顏料黑制備水性太陽能熱反射涂料。試驗結果見表4。
      不同黑色顏料對太陽能反射率的影響
      從表4中可見,不同的黑色顏料制備的水性太陽能熱反射涂料的太陽能反射率不同,用薛特公司黑色顏料制備的太陽能熱反射涂料的反射率最高。這是因為普通色素炭黑具有很高的太陽光吸收能力,幾乎吸收全部的太陽能,用普通色素炭黑制備的涂料,太陽能反射率低,且黑度越好,反射率越低;而薛特公司的黑色顏料是一種新的功能性復合無機顏料,具有無機顏料高折光指數的特性,太陽能反射率高達28%[2]。本試驗最終確定選用薛特公司的無機復合黑色顏料為著色顏料。
      2.2 不同填料對太陽能反射率的影響
      配方中其他因素不變,分別選用沉淀硫酸鋇、陶瓷微珠、空心微珠和碳酸鈣作填料制備水性太陽能熱反射涂料。試驗結果見表5。
      不同填料對太陽能反射率的影響
      從表5中可見,不同填料制備的太陽能熱反射涂料的太陽能反射率幾乎相當,可見填料對太陽能熱反射率影響較小,原因可能是因為填料的折光指數在1.5~1.8,與樹脂的折光指數1.4~1.5相近。且用陶瓷微珠和空心微珠制備的太陽能熱反射涂料表面粗糙,嚴重影響涂膜外觀。本試驗最終選用沉淀硫酸鋇為填料。
      2.3 不同顏料體積濃度對太陽能反射率的影響
      本試驗以水性羥基樹脂Antkote®2033和親水改性HDI三聚體Aquolin®161為基料,選用日本石原R930鈦白粉和薛特公司顏料黑為著色顏料,沉淀硫酸鋇為填料,制備水性太陽能熱反射涂料,研究不同顏料體積濃度對太陽能反射率的影響。試驗結果見表6。
      不同顏料體積濃度對太陽能反射率的影響
      從表6中可見,顏料體積濃度影響涂料的太陽能反射率。太陽能反射率隨顏料體積濃度升高而升高;當顏料體積濃度升高到一定數值時,太陽能反射率隨著顏料體積濃度的升高出現降低的趨勢。其機理是樹脂的折光指數低,涂料反射太陽光的能力取決于顏填料的折光指數,隨著顏料體積濃度的升高,涂料反射太陽光的能力就會越強,當顏料體積濃度繼續升高,過多的顏料和填料不能被樹脂包裹,涂膜表面留下過多孔隙,不能很好反射太陽能,太陽能反射率就會降低。本試驗最終確定顏料體積濃度為25%。
      2.4 納米氧化硅濃縮漿添加量對太陽能反射率的影響
      配方中其他因素不變,分別添加0、2%、4%、6%、8%的納米氧化硅濃縮漿。研究納米氧化硅濃縮漿對太陽能反射率的影響。試驗結果見表7。
      納米氧化硅濃縮漿對太陽能反射率的影響
      從表7中可見,隨著納米氧化硅濃縮漿用量的增加,涂膜的太陽能反射率升高,這是因為納米氧化硅具有很強的反射紫外線、可見光和紅外線的能力。但納米氧化硅濃縮漿用量超過6%時,太陽能反射率出現下降趨勢。原因是納米濃縮漿用量過多,導致部分納米粒子團聚,達不到納米改性的效果。本試驗最終確定納米氧化硅濃縮漿的用量為4%。經過多次試驗,確定配方后對相關性能進行了測試,結果見表8。
      納米水性太陽能熱反射涂料的主要技術指標
      從表8中可見,納米水性太陽能熱反射涂料涂膜平整光滑,高光澤、高硬度,具有優異的耐水性、耐酸、堿性和耐老化性。
       
      3 結語
      (1)用無機復合黑顏料制備的涂料具有優異的太陽能反射率;
      (2)填料對涂料的太陽能反射率影響較小。
      (3)合適添加量的納米氧化硅濃縮漿能顯著提高涂料的太陽能反射率。
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