窗玻璃用纳米隔热抗紫外环保涂层材料的研究

    全球变暖、温室气体排放日趋严重,节能降耗、减少CO2排放已成为世界各国共同的目标。随着社会的发展,经济发达程度的提高,建筑能耗在社会总能耗所占比例越来越大。发达国家的建筑能耗占社会总能耗比例约为30%～45%,虽然我国经济发展水平和生活水准相对落后,但建筑能耗在社会总能耗所占比例已达到20%～25%,并逐步上升到30%。建筑耗能中最严重的是建筑物的玻璃,普通建筑物玻璃门窗面积占总建筑面积的10%～15%,通过玻璃散热达到70%,而高档建筑的玻璃幕墙的散热更是高达90%以上。就我国目前典型的外围护部件而言,门窗的能耗约占供热负荷的30%～50%。增强外围护的保温隔热性能,减少门窗、幕墙的能耗,是改善室内热环境质量和提高建筑节能水平的重要环节。我国十一五规划确立了国家能源消耗降低20%左右的目标,节能已作为一项基本国策。针对目前世界大环境及国内节能的政策,结合公司的开发方向,我们进行了窗玻璃用节能隔热涂料的开发。

    1实验

    1.1主要原材料及试验仪器

    主要原材料有纳米水性功能浆料、成膜材料、助剂、水。主要设备及仪器有反应釜、高速分散机、高速搅拌混合机、辊涂机、pH计、涂-4杯、激光粒度仪。

    1.2成膜基料的选择

    随着国家对环境治理力度的加大及人们对VOC的认识,选用低VOC水性成膜材料成为涂料的发展方向,因此该涂料首先选择对人和环境危害小的水性的丙烯酸聚氨酯乳液。

    1.3功能材料的优化选择

    功能材料是直接影响隔热涂料涂敷成膜后隔热效果的关键原料[1-5]。为了使涂料具有优异的隔热效果及高的可见光透过率和紫外屏蔽,复合的金属氧化物采用液相法制备,使其达到原子级复配。通过控制反应的工艺参数,来控制其粒径的大小,使其粒径的分布范围窄,其成膜后有高的可见光透过率及优异的隔热性能。

    1.4助剂的选择

    为了使涂层材料稳定及保证涂敷后膜层的外观,需添加少量的助剂。

    1.5产品的基础配方

    隔热涂层材料的基础配方见表1。

表1隔热涂层材料的基础配方

    1.6膜层的制备

    1.6.1玻璃基底的清洗

    使用市售的5mm厚浮法玻璃。将玻璃进行清洗,先用清洗剂清洗,再用自来水及去离子水冲洗,吹干备用。

    1.6.2膜层的涂敷

    可以采用淋涂、辊涂,根据涂敷设备的要求调整增稠剂的用量,配好合适黏度的涂料,将制备好的涂料用200～400目的滤网过滤,根据施工工艺的要求涂于已清洗干净的玻璃表面,自干或烘干,本试验采用人工淋涂,18℃、相对湿度40%。

   2结果与讨论

    2.1涂料的颗粒粒径

    通过优化选择工艺条件制备的涂料在激光粒度仪上进行了颗粒粒径的测定,见图1。

图1涂料的颗粒粒径分布

    从图1可以看出,粒径分布为单峰,MAX≤178nm,D50=110nm,颗粒粒径范围窄,能充分发挥纳米半导体颗粒的小尺寸效应和表面效应。

    2.2隔热性能

    测试条件:自制测温箱(见图2),箱内起始温度31℃,1000W红外灯照射60s关闭,自然升温,灯与玻璃间距为20cm,室内温度23℃,相对湿度23%,玻璃厚度为5mm。进行了空白玻璃与涂膜玻璃对比试验。

图2隔热测温箱

    测试数据见表2,对应隔热曲线见图3。

    注:所测温度为热电偶测温仪测定的温度。

表 2 　膜层隔热对比测试数据

    从表2及对应的图3中可以看出,加热到60s时空白玻璃温度到52℃,而涂膜玻璃只有38℃,空白玻璃的温度曲线一直高于涂膜玻璃的温度曲线,说明涂膜玻璃具有明显的隔热效果。

图3涂膜玻璃与空白玻璃隔热对比