双层复合隔热水性多彩涂料的制备与性能研究

作     者：邢培鑫 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟国伦;徐金宝

授予年度：2023年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：复合隔热 水性多彩涂料 SiO2气凝胶 空心微珠 有机反射颜料 磷酰基纳米纤维素 

摘      要：本论文以隔热水性多彩涂料为制备研究对象,并对其配套涂层体系进行了设计,其底层为阻隔型隔热涂层,表层为反射型隔热多彩涂层,实现了外墙涂装材料集高装饰性与反射隔热节能性于一体的效果。并采用磷酰基纳米纤维素(P-NFC)为多彩涂料悬浮剂,有效提高了多彩涂料的触变性。在底层阻隔型隔热涂层的研究上,通过研究SiO2气凝胶、中空玻璃微珠、中空陶瓷微珠和可膨胀微球隔热功能材料在涂料中的应用,发现仅采用一种隔热材料作为涂料的功能材料时,SiO2气凝胶具有最佳隔热效果,最佳添加量为5.7%,在400μm涂层厚度下与普通涂层的温差为5.02℃。通过控制变量法研究复合隔热填料对涂层隔热性能的提升,发现以SiO2气凝胶为主体隔热成分,中空陶瓷微珠与中空玻璃微珠为协同隔热成分,且比例为1:1.2:0.3的复合阻隔隔热填料具备最佳隔热性能。研究发现复合隔热填料在普通涂料与弹性涂料中的最佳添加量分别为10%与6%,与未添加隔热填料的普通涂层温差分别可达11.7℃与9.0℃,且两款涂料均满足涂料的基本性能要求。在表层多彩反射型隔热涂层的研究上,选择金红石型二氧化钛Altiris-800为反射填料,研究发现Altiris-800的最佳添加量为8%,其太阳光反射率(TSR)和近红外反射率(NIR)可达到82.1%与85.8%;复合阻隔型隔热填料对涂层反射性能无影响;通过比较铁系颜料、无机反射颜料与有机反射颜料对涂层TSR与NIR的影响研究,发现有机反射颜料具有最佳的反射效果,最终选择有机反射颜料进行反射隔热多彩表层制备,并与隔热弹性底层、隔热普通底层复合作用,与普通双层多彩涂层的温差分别可达27.3℃与29.3℃。对反射隔热多彩涂料进行建筑物节能模拟研究,发现其最适用于温带季风气候区与温带大陆性气候区,可降低约2～3 KWh/m2的能耗与1～3 kg/m2的碳排放量。为满足水性多彩涂料储藏中多彩粒子悬浮稳定性的要求,文章最后通过选取P-NFC与传统悬浮增稠剂羟乙基纤维素醚(HEC)、碱溶胀型聚丙烯酸乳液(HASE)以及外购悬浮纳米纤维素(S-NFC)进行对比。发现P-NFC在达到悬浮效果时不仅有着较低的添加量0.33%,在耐水耐酸碱性方面较其他组更优,同时有着更好的触变性,在受到高速剪切作用时粘度下降比例约为25%,P-NFC的优异触变性能同时有利于多彩涂料的储藏与施工。