【摘要】：本課題以低碳環(huán)保、建筑節(jié)能為主題,對(duì)涂料用水性光固化聚氨酯樹(shù)脂體系進(jìn)行改性與彩色高近紅外反射顏料的制備進(jìn)行了相關(guān)研究,并將二者結(jié)合起來(lái)制備了可用于建筑屋頂及外墻的反射隔熱涂層。水性聚氨酯(WPU)是一種公認(rèn)的物理化學(xué)性能優(yōu)良的環(huán)境友好型樹(shù)脂體系。在WPU體系中引入紫外光固化技術(shù),制備的紫外光固化水性聚氨酯(UV-WPU)與原有的WPU相比,更加的高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)環(huán)保。UV-WPU雖然備受涂料行業(yè)人員的青睞,但是其涂膜易燃、耐水性差的缺點(diǎn)無(wú)法滿足建筑涂料的要求,因此本文使用有機(jī)氟、磷對(duì)傳統(tǒng)UV-WPU進(jìn)行阻燃、耐水的復(fù)合改性以期獲得綜合性能優(yōu)異的成膜樹(shù)脂。目前,高近紅外反射顏料普遍存在顏色單一、缺乏理論指導(dǎo)、隔熱效果不明顯等諸多問(wèn)題,因此本文制備了兼具較深顏色和高近紅外反射率的無(wú)機(jī)復(fù)合顏料,并對(duì)其實(shí)際的隔熱效果進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。本文研究的主要內(nèi)容及結(jié)果如下:第一部分:將含氟和含磷的功能鏈段引入到聚氨酯體系中,有效提升了UV-WPU材料的耐水、熱穩(wěn)定性和阻燃性能。以甲基丙烯酸十三氟庚酯(DFHMA)和巰代甘油(ME-DI)為原料,制備了單端羥基含氟二元醇(DI-DFOH);采用二羥甲基丙酸(DMPA)和季戊四醇(PER)合成了八羥基多元醇(DI-PE-8);使用異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚碳酸酯二元醇(PCDL)、羥基磷酸酯(OP-550)、DI-DFOH、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)、DI-PE-8為主要原料制備了有機(jī)氟-磷復(fù)合改性的UV固化星形疏水阻燃水性聚氨酯(UV-WFPPU)。使用紅外光譜(FT-IR)和核磁共振(~1H-NMR)對(duì)所制產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征和確認(rèn),并將其用于改性水性聚氨酯;對(duì)改性后的膠膜的表面相結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征,考察了二元氟醇和阻燃劑OP-550用量對(duì)膠膜相結(jié)構(gòu)及各項(xiàng)性能的影響。結(jié)果表明,氟元素含量為6%、OP-550添加量為25%時(shí),得到的復(fù)合改性樹(shù)脂具有良好的綜合性能:吸水率為4.3%,水接觸角為101°,極限氧含量為28.1,UL-94等級(jí)達(dá)到V-0,可用作建筑防火材料。第二部分:利用液相沉積法對(duì)無(wú)機(jī)顏料的制備工藝進(jìn)行改進(jìn),成功制得了粒徑在300nm以下的超細(xì)鐵鉻黑粉體,并考察了鐵、鉻添加量的摩爾比值對(duì)該系列顏料的相組成、顏色特性、近紅外反射力以及隔熱能力的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),鐵鉻黑系列顏料兼具較深的顏色和一定的近紅外反射能力,同時(shí),隨著鐵/鉻比值的增加,粉體顏色逐漸加深。當(dāng)鐵、鉻的添加比為3時(shí)(CF-3),該粉體的顏色接近于黑色(L=46.69、a=1.95、b=-3.02),其在近紅外區(qū)域的平均反射率和太陽(yáng)能反射率分別為44.34%和25.92%,遠(yuǎn)高于普通炭黑顏料,同時(shí)兼具優(yōu)異的耐熱耐酸性能。將該CF-3粉體與之前自制的改性樹(shù)脂復(fù)配制備反射隔熱涂層,并進(jìn)行模擬太陽(yáng)光照射實(shí)驗(yàn),當(dāng)CF-3粉體的固含量在25%時(shí),該涂層與固含量相同的炭黑涂層的溫差達(dá)到了6.9℃。為進(jìn)一步提高鐵鉻黑顏料的近紅外反射率,以CF-3粉體為基底,使用鋁元素對(duì)其進(jìn)行摻雜。結(jié)果發(fā)現(xiàn),摻入鋁后的顏料整體顯現(xiàn)出棕紅色,同時(shí),摻雜顏料在近紅外區(qū)的反射性能得到了大幅提升,當(dāng)鋁和鉻的添加比為4時(shí)(CF-3-4),該粉體在780-2500 nm波段的平均反射率高達(dá)71.4%,太陽(yáng)能反射率為42.3%,具有良好的熱反射性能。第三部分:以金紅石型TiO_2和納米Cu O為基礎(chǔ),利用絡(luò)合沉淀法制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的CuO/TiO_2復(fù)合顏料,并對(duì)該顏料的結(jié)構(gòu)組成、顏色特性以及綜合反射隔熱能力進(jìn)行了相關(guān)的表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn),CuO/TiO_2復(fù)合顏料整體表現(xiàn)出深灰色,且隨著銅、鈦添加比的增加而逐漸變深,當(dāng)銅、鈦的添加比為0.6時(shí)(CuTi-0.6),該粉體表現(xiàn)出深灰色(L*=47.69、a=1.32、b=-3.02),近紅外反射率達(dá)到了87.3%,同時(shí),該粉體對(duì)近紅外波段和全波段的太陽(yáng)能都具有較高的反射能力(NI-SR=70.6%、TSR=37.2%);將CuTi-0.6粉體與自制的改性樹(shù)脂復(fù)配制得反射隔熱涂層,當(dāng)粉體的固含量為20%時(shí),該涂層具有良好的近紅外反射能力(NIR=50.27%、NI-SR=54.21%),與普通同色涂層一同進(jìn)行日照模擬實(shí)驗(yàn),溫度恒定后二者的溫差為11℃。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TU761.11
【圖文】：

第一章 緒論究意義界自然資源加速消耗、價(jià)格上漲以及全球變暖的現(xiàn)狀，生的矛盾日益加劇，能源節(jié)約已經(jīng)成為科研學(xué)者、政府機(jī)構(gòu)之一[1-2]。從上世紀(jì)開(kāi)始，隨著建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大和居高，建筑能耗日益增加，已經(jīng)占到了世界一次能源消費(fèi)的世界總排放量的三分之一左右[3]；在我國(guó)，建筑能耗已經(jīng)耗的三大主體，占到社會(huì)總能耗的 30 %左右，再加上建建筑總能耗已經(jīng)達(dá)到社會(huì)總能耗的 46 %以上，因此，建過(guò)程中的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[4]。當(dāng)前我國(guó)每年新建建筑面積大約以上屬于高能耗建筑，如果這些建筑都采取了有效的節(jié)能 6000 億元人民幣，由此可見(jiàn)，建筑節(jié)能在我國(guó)迫在眉睫，

頂及外墻[15-17]，例如在整個(gè)美國(guó)和中國(guó)的長(zhǎng)三角地區(qū)，[18]。然而，目前我國(guó)對(duì)近紅外反射顏料的研究較少，并，無(wú)法滿足社會(huì)的需求。對(duì)建筑反射隔熱問(wèn)題開(kāi)發(fā)切實(shí)可行的解決方案，降低建方面都存在重要價(jià)值。面對(duì)現(xiàn)今深色反射顏料的稀缺，料制備技術(shù)并加以改進(jìn)來(lái)增加其反射效果，研發(fā)相應(yīng)的具有廣闊應(yīng)用前景的研究課題。料種生產(chǎn)施工方便快捷，隔熱性能優(yōu)良的新型功能涂料，種類(lèi)型：熱阻隔型以及熱反射型[19]。其中熱反射型隔熱樹(shù)脂、功能顏填料以及相關(guān)助劑來(lái)制備在可見(jiàn)光以及近的涂層，通過(guò)熱反射來(lái)降低被涂物體對(duì)太陽(yáng)輻照能量的阻隔型隔熱涂料相比，熱反射涂料具有良好的綜合性能下的建筑或設(shè)備上時(shí)，隔熱效果最為明顯，因而得到了

工人在施工時(shí)必須佩戴護(hù)眼裝備以防光學(xué)刺傷，無(wú)法廣泛應(yīng)用于城市，國(guó)內(nèi)熱反射隔熱涂料、顏填料的大型生產(chǎn)廠家較少，且重要原料多為我國(guó)的熱反射涂料行業(yè)與國(guó)外企業(yè)存在巨大的差距，形勢(shì)不容樂(lè)觀，效隔熱涂層仍是國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域科研工作者的努力方向。熱涂料的隔熱機(jī)理熱涂層主要由透明性高的成膜樹(shù)脂和高反射率的顏填料組成，樹(shù)脂主、硬度以及機(jī)械性能等產(chǎn)生重要作用，而反射顏填料則基本決定了涂力。陽(yáng)光照射在涂層上的時(shí)候，光的能量將會(huì)同時(shí)發(fā)生吸收，透過(guò)和基底不透明時(shí)，可認(rèn)為沒(méi)有透過(guò)過(guò)程，光照的能量?jī)H分為吸收和反射當(dāng)涂層的反射率提高時(shí)，日光輻照能量的吸收就會(huì)相應(yīng)減少，從而達(dá)體反射機(jī)理如圖 1-3 所示，日光照射到涂層表面時(shí)會(huì)被立即反射掉率的功能填料將會(huì)通過(guò)散射和二次反射將吸收的光再次反射到外界，量的吸收。并且，反射隔熱涂膜固有的熱交換系數(shù)相對(duì)較弱，在反射好阻隔吸收的熱量向基材傳遞，起到熱阻隔的作用。

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本文編號(hào)：2792735