基于TiQ2@PA杂化乳液的反射隔热涂料制备与性能

作     者：卢一鸣 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张心亚;谭振华

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：反射隔热涂料 杂化乳液 钛酸钾晶须 仿真模拟 

摘      要：反射隔热涂料作为建筑隔热节能的最有效手段之一,主要应用于建筑工程领域的隔热场合,涂覆在外围防护结构的表面,减少建筑物对太阳辐射热的吸收,防止因吸收太阳辐射而导致建筑物表面温度升高,抑制热量向室内传递,受到广泛关注。论文针对反射隔热涂料关键原材料——成膜基料和反射隔热填料开展研究,制备隔热性能优异的反射隔热涂料,具有重要实用价值和理论意义。1.采用KDC法（Kneading drying calcination method）,通过改变合成温度（900℃-1100℃）和反应时长（1 h-2 h）制备钛酸钾晶须（Potassium titanate whiskers,PTW）,并对其进行SEM、XRD、UV-Vis-NIR等测试和表征。实验结果表明,温度为1000℃及以上时获得的产物为K2Ti6O13,在太阳光热量最为集中的可见光-红外光区的反射率远超100%,反射性能优于900℃下获得的K2Ti4O9。用Ansys Lumerical FDTD对一系列具有不同长径比的PTW（4:1、4:2、4:4、2:1和6:1）进行反射性能的模拟,结果表明晶须横截面大小是影响PTW在不同波段反射率的关键。2.引入烯丙基溴对TiO进行表面改性以增强其与油溶性单体的相容性,采用细乳液聚合法制备具有核-壳结构的聚丙烯酸酯杂化乳液（TiO@PA）,考察乳液配方及操作工艺等对聚合稳定性和乳液性能的影响。烯丙基溴改性后的TiO颗粒稳定分散在单体中,可用来制备TiO@PA。TEM图像表明得到的TiO@PA杂化粒子具有核壳结构。当TiO添加量为2.0 wt%时,杂化乳液的Tg提高了12.8℃,达到23.7℃,体系的热稳定性明显提升;全波段反射率上升,以红外-可见光区的反射率提高最为显著,达到85%,太阳反射比（TSR）达到0.71,相比于纯PA提升了54.3%。涂膜硬度由B提高到2H,附着力达到0级,且耐侯性和耐温变性都达到应用要求。3.将制备的PTW、TiO@PA杂化乳液用来制备PTW/TiO@PA反射隔热涂料,并对其性能进行测试表征。SEM测试表明,涂膜的横截面致密而粗糙,有利于维系涂层的稳定并阻隔热量传播。当配方中PTW的添加量为20 wt%时,涂层在可见光区的反射率维持在80%以上,TSR达到0.86。在热反射和热阻隔的双重作用下,涂层隔热温差达到16.6℃,耐侯性和耐温变性优异,在建筑节能、汽车车身、航空航天等领域表现出巨大的应用潜力。