水性纳米光学功能涂料的研制

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1、●如i．-StudyonWaterborneNanocompositeOpticFunctionalCoatingsDissertationSubmittedtoNanjingUniversityofTechnologyinpartialfulfillmentofrequirementforthedegreeofMasterofEngineeringByChen翰oSupervisors：Prof．ShilinZhaoJune2007，l『’’!l，●硕士学位论文摘要纳米材料有着新奇独特的光学性质，受到世界各国的青睐，近年来它的应用取得了飞速发展。选择不同

2、功能的纳米材料与种类繁多的聚合物通过恰当的匹配可制备出一系列高性能的纳米光学功能涂料，广泛应用于建筑、木器和汽车涂料等诸多领域。纳米半导体氧化物NMO是一种n型半导体材料，将其应用于涂料制成的膜具有很高的红外屏蔽率和可见光区良好的透过率，能有效阻隔红外热辐射，可以应用于建筑物的大面积窗口及透明顶棚、汽车窗口等大量使用玻璃的场合，解决“透明与隔热”这一矛盾性问题。纳米二氧化钛(Ti02)、纳米二氧化硅(Si02)、纳米氧化锌(ZnO)、纳米氧化铁(Fe203)等纳米无机粉体对紫外线有较强的屏蔽能力，是优良的紫外屏蔽剂，加入涂料中可以明显地提高涂料的耐老化性能

3、，大大降低太阳光中紫外线对涂层的破坏作用。本文对自制的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液PUA．1进行了热分析，该乳液的硬段玻璃化温度为“．2℃，适合常温配制涂料，树脂的分解温度较高，耐热性较好。因此，本文选用PUA．1为纳米光学功能涂料的成膜物质。先以纳米半导体氧化物NMO为颜填料，丙烯酸改性水性聚氨酯为成膜剂，采用共混法制备了纳米透明隔热涂料。对涂膜光学性能、隔热效果的分析表明，当涂料颜基比为1：3时涂膜可以获得最佳性能，此时涂膜的可见光透射比高达88．28％，近红外区光的平均屏蔽率为63．92％：涂层隔热效果显著，隔热指数为57．6％。本文重点对纳米透明隔热涂

4、料的施工性能改进方面进行了研究。加入流平助剂改善了涂料的流变性能，使得涂料体系有明显的切力变稀；使用增稠剂可使涂料达到理想的施工粘度，适应各种施工工艺的要求；加入合适的消泡剂和脱泡剂保证施工时不产生泡沫和针孔，赋予一个良好的漆膜。选用附着力促进剂处理基材表面，涂膜的力学性能大大提高，常温固化24h后，即可获得附着力和硬度都符合要求的涂层。本文还研究了纳米Ti02、纳米Si02、纳米ZnO、纳米Fe203等纳米粉体和纳米浆料的紫外屏蔽效果并将其应用于涂料中制得纳米紫外屏蔽涂料。在保证可见光透过率和涂膜力学性能的前提下，紫外屏蔽效果最好的为纳米氧化铁绿色浆，且

5、粒度越小的浆料紫外屏蔽效果越强。当颜基比为l：15．68时，可见光透射晴lflj’0l卜●摘要比为80．37％，紫外屏蔽率达到98．02％。在上述研究的基础上，本文又将纳米半导体氧化物NMO和纳米Fe203同时加入涂料体系，与丙烯酸改性水性聚氨酯乳液共混，获得了既有良好隔热效果，又有很好耐老化性能的光学功能涂料。当PUA／NMO／Fe203"-100：30：6时，紫外和红外屏蔽情况综合较好，此时可见光透射比为80．99％，紫外线屏蔽率为84．94％，红外屏蔽率为58．52％。这就兼具了阻隔紫外和红外的双重目的，且涂膜透明。测量隔热效果发现，升温平衡后隔热玻

6、璃和空白玻璃的黑板温差达到17℃，空气温差达到8"C，隔热指数为48．6％。将涂膜样板进行168h人工老化试验，结果涂膜未出现黄变、粉化、气泡、开裂、脱落等现象，说明涂料有着良好的耐老化性能。对涂料进行微观分析发现，纳米半导体氧化物NMO颗粒成球形，粒径分布在20nm左右，纳米氧化铁的颗粒呈棒状，粒径分布在80rim左右。关键词光学功能涂料丙烯酸改性水性聚氨酯纳米半导体氧化物隔热紫外屏蔽II∞ll∽、oABSTRACTNanomaterialhasattractedmoreandmoreattentionallovertheworldbecauseofit

7、sspecialopticcharacters．Andithasbeenfastdevelopedinrecentyears．Thenanocompositecoatings，manufacturedbyputtingdifferentnanoparticlesintoappropriatekindofpolymer,havemanyparticularfunctionsandexcellentperformance．TheyCanbeappliedtomanyfieldssuchasarchitecture，carpentryandautomobile，

8、etc．Nanometersemiconductoroxideco