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TiO2包覆粉煤灰漂珠外墙隔热涂料的研究,为研制出低成本、高热反射率的外墙隔热涂料
2020年02月20日    阅读量:2017     新闻来源:中国建材网 cnprofit.com    |  投稿

隔热保温涂料可将太阳辐射中大部分热量反射或辐射回去, 明显降低物体表面温度, 并且阻止热传导, 从而达到降温的目的。美国和西欧一些国家对此进行了较系统的研究, 在建筑物上使用隔热保温涂料的技术也已有所突破, 而国内尚处于起步阶段 。


研制开发建筑隔热保温涂料对节能环保具有重要意义中国建材网cnprofit.com。本研究通过改性粉煤灰漂珠研制具备阻隔、反射、辐射3种隔热性能的外墙隔热涂料。在配制隔热涂料时, 选用粉煤灰漂珠作填料, 是由于粉煤灰漂珠除了能反射光和热辐射外,还能利用粉煤灰漂珠中空、质轻、热导率低的特点, 达到阻隔热量的目的, 从而提高涂膜的绝热性能。


因此, 粉煤灰漂珠作为填料兼有阻隔隔热和辐射隔热的复合功效 。而T iO2 的白度高, 折光系数大, 遮盖力强, 散射太阳光的能力也较强。因此, 用T iO2 包覆粉煤灰漂珠进而增强反射近红外辐射与阻止热传导的能力。此举变废为宝, 具有广阔应用前景。

 

1 实验部分

1. 1 原材料及主要实验仪器

原料: 硫酸钛( 化学纯) , 氢氧化钠( 分析纯) , 漂珠( 200目) , 十一烷基苯磺酸钠, TBH 乳液, 钛白粉, 滑石粉, 膨润土,高岭土, 云母, 菫青石及涂料助剂等。

仪器: D- 8401 型多功能搅拌器, SX2- 2. 5- 12 箱式电阻炉,SDF400 实验分散砂磨机, Y- 500X 射线衍射仪, JSM- T300 型扫描电子显微镜, ZBD 型白度仪, 自制热反射率测定装置 等。

1. 2 实验过程

1. 2. 1 T iO2 包覆粉煤灰漂珠的制备

将5g 粉煤灰漂珠加到50g 蒸馏水中, 滴加表面活性剂十一烷基苯磺酸钠, 水浴加热至100 ºC , 缓慢滴加10%T i( SO4 ) 2溶液, 用NaOH 始终维持体系的pH 值于2. 5~ 3.0, 反应一定时间, 水洗, 烘干后在600ºC 煅烧, 得所需TiO2 包覆粉煤灰漂珠材料。


1. 2. 2 隔热涂料的制备

隔热涂料的基本配方见表1, 其它配方均在基本配方的基础上, 保证固相体积分数不变, 改变添加填料的种类与数量来配制涂料, 通过测定各组配方的反射率来反映其隔热效果。

TiO2包覆粉煤灰漂珠外墙隔热涂料的研究,为研制出低成本、高热反射率的外墙隔热涂料 中国建材网,cnprofit.com

隔热涂料的基本配方

1. 3 检测方法

用X 衍射仪测定包覆物的相组成; 扫描电镜观察T iO2 包覆粉煤灰漂珠的表面状况; 使用白度仪测定材料白度; 并将所制备的涂料均匀涂布在铝片上, 自然干燥后, 用自制热反射率测定装置进行测试。热反射率的计算公式 为:

热反射率的计算公式

TiO2包覆粉煤灰漂珠外墙隔热涂料的研究,为研制出低成本、高热反射率的外墙隔热涂料 中国建材网,cnprofit.com

式中:Q为热反射率; T1 为标准黑板温度; T2 为样板温度; T3为当时的室温, 一般固定在28.8ºC 。

 

2 结果与讨论

2. 1 X射线衍射分析

粉煤灰漂珠被包覆前后的XRD 分析如图1 所示。粉煤灰漂珠被包覆前衍射峰杂乱, 其晶相主要以SiO2 为主; 而包覆TiO2 的粉煤灰漂珠锐钛矿型T iO2 峰明显, 说明包覆材料中含有大量的锐钛矿型TiO2 。

粉煤灰漂珠包覆前后的XRD 图谱

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2. 2 扫描电镜分析

对照粉煤灰漂珠包覆前后的扫描电镜照片( 如图2) , 包覆后的粉煤灰漂珠表面明显覆盖了一层白色物质。原来光滑的表面变得较为粗糙, 漂珠也由灰色变白。由于粗糙的表面更易反射光, 且白度越高, 反射率也越高, 并且TiO2 的折光系数较大, 遮盖力强, 其散射太阳光的能力也较强 。由以上分析可知, 反射率也势必增强, 隔热效果必定显著。

粉煤灰漂珠包覆前后的扫描电镜照片

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2. 3 漂珠白度的分析

用白度仪对包覆不同时间的漂珠进行测试, 结果如下。

包覆不同时间材料的白度

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由表2 可见, 未包膜漂珠白度为27. 4%, 随着包膜时间的增加, 白度也越来越高; 当包覆时间为6h 时白度高达61%, 白度显著增高; 不过再增加反应时间白度没有明显变化。究其原因, 在没有完全反应时, 随着包覆反应时间的增加, 包覆在漂珠表面上的白色物质TiO2 量越来越大, 故白度增高; 


但当包覆反应进行完全后, 即使增加反应时间, 对包覆效果影响也很小。包覆后白度增高说明粉煤灰漂珠表面有白色物质, 这与扫描电镜结果也相符。


2. 4 粉煤灰漂珠用量的确定

粉煤灰漂珠的加入对涂料的热反射率有明显影响( 如图3) 。由图可见, 当不加入粉煤灰漂珠时, 热反射率是73%。随着粉煤灰漂珠含量的增加, 涂料的热反射率先增加后降低; 当粉煤灰漂珠含量为3g 时, 热反射效果最好。


分析其原因: 粉煤灰漂珠含量较少时, 由于漂珠的隔热作用, 其反射率随其含量增加而增加; 当漂珠含量进一步增加时, 由于过多的漂珠加入, 导致涂料的固相体积分数增加, 不利于固体分散, 故其热反射率下降。

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热反射率影响因素


2. 5 包覆时间的确定

包覆的理想的控制状态是钛盐水解生成T iO2 的速度和TiO2 在粉煤灰漂珠表面沉积的速度相同 。图4 是加入3g不同包覆时间的漂珠所配制涂料的热反射率图。涂料的热反射率在包覆时间为6h 时出现最大值, 其热反射率从不包覆时的80.7%增加到包覆6h 时的94.3%, 显著地提高了热反射效果。


通过实验还发现, 继续增加包覆时间, 不但增加了生产的成本, 而且热反射率并没有增大, 所以包覆时间控制在6h 比较适宜。白度越高, 反射率越高, 这也与表2 相吻合。


3 结 论

( 1) 在粉煤灰漂珠表面包覆TiO2 所得材料, 兼有阻隔、反射和辐射隔热的复合功效。

( 2) 漂珠加入量为3g 时, 所配制的涂料隔热效果最佳, 且有利于节约成本。

( 3) 包膜反应进行6h, 白度较大, 反射效果好。

( 4) 添加3g 包覆6h 的粉煤灰漂珠所制备的隔热涂料, 其热反射率高达94. 3%。


李文丹1, 2 陈建华1, 3 陆洪彬2 冯春霞2

( 1. 南京工业大学材料科学与工程学院, 南京210009; 2. 盐城工学院材料工程学院, 盐城224003;3. 常熟理工学院新型功能材料省重点实验室, 常熟215500)


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