掺杂二氧化钛近红外高反射节能颜料的制备与性能研究

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1、工程硕士学位论文掺杂二氧化钛近红外高反射节能颜料的制备与性能研究作者姓名张腾飞工程领域材料工程校内指导教师钟明峰副研究员校外指导教师王炜高级工程师所在学院材料科学与工程论文提交日期2018年1月Researchonpreparationandnear-infraredreflectionpropertiesofdoped-TiO2energy-savingpigmentADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangTengfeiSuperv

2、isor：Prof.ZhongMingfengSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：学校代号：10561学号：201521016598华南理工大学硕士学位论文掺杂二氧化钛近红外高反射节能颜料的制备与性能研究作者姓名：张腾飞指导教师姓名、职称：钟明峰副研究员申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程论文形式：□产品研发□工程设计□应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：功能材料论文提交日期：2018年1月10日论文答辩日期：2018年3月1

3、6日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：税安泽，钟明峰，程小苏，吴笑梅，诸葛顺金主席：税安泽委员：钟明峰，程小苏，吴笑梅，诸葛顺金摘要本文采用溶胶凝胶法方法制备了具有高近红外反射率的掺杂二氧化钛颜料。采用了XRD、UV-vis-NIR、TG-DSC、XPS、色差仪等测试方法分别对样品的晶体结构、近红外反射性能、热稳定性、化学键键能、色度等性能进行表征。本文还研究了制备的颜料与树脂混合所制得的反射涂料的近红外反射性能和隔热性能。主要研究结果如下：（1）XRD衍射图谱和XPS能谱以及化

4、学稳定性的测试表明铁、钴、铈成功掺杂进入二氧化钛晶格。在XRD分析表明铁、钴、铈的掺杂均未改变二氧化钛的晶体结构。XPS分析显示铁、钴、铈的掺杂使得Ti2p1/2和Ti2p3/2结合能，以及金属氧键的结合键能都发生了不同程度的偏移，说明铁、钴、铈掺入二氧化钛晶体结构中，改变了二氧化钛的化学键结合能。经过酸碱化学稳定性测试发现样品颜色未发生改变，也表明离子成功掺杂进入二氧化钛晶格。（2）离子掺杂使得样品的颜色和近红外反射性能发生改变。随着铁离子的掺杂浓度的增加（x从0.03到0.1），Ti1-xFexO2颜料

5、颜色由橘黄色到铁红色到浅红色，近红外反射率从74.06%降低到62.99%，禁带宽度从3.0ev降低为2.40ev；随着钴离子浓度的增加（x从0.03到0.1），Ti1-xCoxO2颜料颜色由浅绿色到绿色，近红外反射率从77.78%降低到67.07%，禁带宽度从3.0ev降低为2.69ev；随着铈离子浓度的增加（x从0.03到0.1），Ti1-xCexO2颜料颜色从浅黄色变为亮黄色再到浅黄色，近红外反射率从94.57%降低到90.94%，同时禁带宽度从3.0ev降低为2.85ev。离子掺杂导致禁带宽度下降，

6、也使得样品的颜色变深和近红外反射性能下降。（3）掺杂二氧化钛颜料和丙烯酸树脂混合制得的涂层表现出了良好的近红外反射性能和隔热效果。Ti0.95Fe0.05O2（铁红色）、Ti0.95Co0.05O2（绿色）、Ti0.95Ce0.05O2（黄色）所制得涂层的近红外反射率分别为57.85%、68.36%、85.53%；经自制隔热测试装置测试，Ti0.95Fe0.05O2、Ti0.95Co0.05O2、Ti0.95Ce0.05O2所制得涂层的背面的温度与相近颜色商用颜料所制得涂层的背面的温度相比分别低8.9℃、1

7、3℃、6.7℃。综上所述，溶胶凝胶法制备的掺杂二氧化钛颜料具有良好的颜色特性且具有较好的近红外反射性能。因此这种颜料是一种具有潜在应用价值的新型热反射颜料。关键词：二氧化钛；溶胶凝胶；掺杂；禁带宽度；近红外反射率IAbstractNearinfraredreflectingdopingpigmentshavebeensynthesizedbysol-gelmethod.Thecrystalstructure,near-infrared(NIR)reflectance,thermalstabilityandL

8、abvalueoftheproductwerecharacterizedbyXRD,UV-vis-NIR,TG-DSC,XPSandchromaticitytest.Finally,wemixedthepigmentswithacrylicresinandobtainedthecorrespondingcoatings.Thethermalinsulationperformanceofcoatingswerete