化工類研究生實驗總結

1、 隔熱保溫涂料實驗總結重慶大學化學化工學院代坤義一、 試驗中需解決的問題1. 如何提高透明性2. 怎樣增強隔熱保溫性能二、 分析及方法（一）影響涂膜透明性的原因有:1. 蒸發(fā)速率與交聯速率快慢因為制得的涂料里面水的蒸發(fā)速度小于樹脂和固化劑的交聯速度，所以水分來不及揮發(fā)，可以用醋酸或者乙醇來加快水的蒸發(fā)速度。但是乙二醇甲醚（黃白水）是用在溶劑型涂料里面的。2. 潤濕分散劑潤濕分散劑通過影響顏料粒徑分布（更均勻更窄）來提高透明度。對于透明顏料，聚合物分散劑改善粒徑分布讓更多光透過（增加透明性）。光在表面反射和通過的數量決定涂料的遮蓋力或透明性。顏料種類及分散程度對此有影響。由于折射率和粒子大小影響

2、，遮蓋性顏料對反射光有更大影響。因此我們可以通過提加涂料助劑潤濕分散劑來提高透明度。涂料的潤濕分散劑不僅僅影響到涂料的透明度，還影響到涂料的流平性。涂料的透明度一般是有涂料的潤濕分散所決定的，涂料透明度是涂膜的一個特性，透明性越高，越容易看到底層。遮蓋力越高，對底層遮蓋力越強。而由于顏料顆粒在潤濕分散劑分散劑作用下更加穩(wěn)定，流平性增加，所以可以提高牛頓流體特性，對流平性有好處。3. 硅烷偶聯劑硅烷偶聯劑在涂料涂布后，硅烷會歉意到涂料與底材的界面，親無機基團與無機表面上的水分反應，形成氫鍵，使涂層跟跟界面結合跟牢固。即便在水浸條件下，硅烷偶聯劑改性的涂料在各種無機底材表面仍附著良好。因此，在涂料

3、中加入硅烷偶聯劑可提高產品的透光性。（二）影響材料隔熱保溫性能的因素有：對于隔熱保溫材料而言，具體衡量隔熱性能的尺度是材料的導熱系數，其大小反映了材料隔熱性能的優(yōu)劣。而材料導熱系數與其自身的成分、表觀密度、內部結構以及傳熱時的平均溫度和材料的含水量有關。1. 溫度 溫度對各類保溫材料導熱系數均有直接影響，溫度提高，材料導熱系數上升，導致隔熱性能降低。 2. 含濕率 所有的保溫材料都具有多孔結構，容易吸濕。當含濕率大于5%10%，材料吸濕后濕分占據了原被空氣充滿的部分氣孔空間，引起其有效導熱系數明顯升高。 3. 容重 容重是材料氣孔率的直接反映，

4、由于氣相的導熱系數通常均小于固相導熱系數，所以保溫材料都具有很大的氣孔率即很小的容重。一般情況下，增大氣孔率或減少容重都將導致導熱系數的下降。 4. 松散材料的粒度 常溫時，松散材料的導熱系數隨著材料粒度減小而降低，粒度大時，顆粒之間的空隙尺寸增大，其間空氣的導熱系數必然增大。粒度小者，導熱系數的溫度系數小。 5. 熱流方向 導熱系數與熱流方向的關系，僅僅存在于各向異性的材料中，即在各個方向上構造不同的材料中。 傳熱方向和纖維方向垂直時的絕熱性能比傳熱方向和纖維方向平行時要好一些；同樣，具有大量封閉氣孔的材料的絕熱性能也比具大量有開口氣孔的要好一些。 氣

5、孔質材料又進一步分成固體物質中有氣泡和固體粒子相互輕微接觸兩種。纖維質材料從排列狀態(tài)看，分為方向與熱流向垂直和纖維方向與熱流向平行兩種情況。一般情況下纖維保溫材料的纖維排列是后者或接近后者，同樣密度條件下，其導熱系數要比其它形態(tài)的多孔質保溫材料的導熱系數小得多。 6. 填充氣體的影響 絕熱材料中，大部分熱量是從孔隙中的氣體傳導的。因此，絕熱材料的熱導率在很大程度上決定于填充氣體的種類。低溫工程中如果填充氦氣或氫氣，可作為一級近似，認為絕熱材料的熱導率與這些氣體的熱導率相當，因為氦氣和氫氣的熱導率都比較大。 7. 比熱容 絕熱材料的比熱容對于計算絕熱結構在

6、冷卻與加熱時所需要冷量（或熱量）有關。在低溫下，所有固體的比熱容變化都很大。 在常溫常壓下，空氣的質量不超過絕熱材料的5%，但隨著溫度的下降，氣體所占的比重越來越大。因此，在計算常壓下工作的絕熱材料時，應當考慮這一因素。 8. 線膨脹系數 計算絕熱結構在降溫（或升溫）過程中的牢固性及穩(wěn)定性時，需要知道絕熱材料的線膨脹系數。如果絕熱材料的線膨脹系數越小，則絕熱結構在使用過程中受熱脹冷縮影響而損壞的可能性就越小。大多數絕熱材料的線膨脹系數值隨溫度下降下降而顯著下降。(三)納米材料的性能納米材料具有比表面積大、顆粒尺寸小、表面能高、表面原子所占比例大等優(yōu)良特性，同時還具備許多傳統(tǒng)

7、材料所不具備的特殊效應，如小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應、介電效域效應等。氣凝膠是世界上密度最低和導熱率最小的固體材料，氣凝膠的密度為0.002g·cm-3，并具有90%以上的孔隙率，因此，在室溫真空條件下，SiO2氣凝膠的導熱率可低至0.001W·m-1·K-1。它的這些獨特性質和結構使得其在高溫隔熱材料等眾多領域特性都有著廣泛的應用前景。所以，本課題選用納米二氧化硅氣凝膠和納米ATO作為主要的功能填料以達到良好的隔熱保溫效果。但是，當SiO2氣凝膠吸水一定量的水分后，水分便會進入到氣SiO2凝膠內部，而由于水表面具有的買習慣壓力，將破壞SiO2氣凝膠內部的

8、骨膠結構，導致其熱力學性能、光學性能等許多優(yōu)良性能變差，不適用于實際的應用?？梢奡iO2氣凝膠的疏水性對其實際應用的重要性，本課題應用的也是疏水性的SiO2氣凝膠。三、 各種材料的特點及作用機理簡介隔熱涂料是建筑涂料中具有節(jié)能功效的建筑涂料，按照其隔熱機理主要有三種：（1）阻隔性隔熱涂料 對熱傳遞進行阻抗而實現隔熱。在制備涂料時主要選擇低熱導率物質及在涂料成膜后引入熱導率低的空氣。常用的阻熱填料有空心玻璃珠、空心陶瓷粉、空心纖維、海泡石、蛭石、珍珠巖等。（2）熱反射隔熱涂料 主要反射太陽光在4001800nm的光譜能量。其反射性材料為納米材料。（3）輻射隔熱涂料 主要是把吸收的日照光線和熱量以

9、一定波長發(fā)射到空氣中。其使用的材料為多種金屬氧化物，如三氧化二鐵、二氧化錳、三氧化二鈷、氧化銅等反射型尖晶石摻雜物。也可把上述幾種功能進行復合，如既有阻隔又有反射功能的隔熱涂料等，也是隔熱涂料的發(fā)展趨勢。納米ATO：ATO主要有氧化錫和氧化銻成分來構成，具有隔紅外性能。太陽光譜直接吸收比吸收紅外率95%反射紅外率25%波長：780-1800nm可見光透過率可見光透過率90%波長：380-780nm隔紫外性能隔紫外率78%納米二氧化硅氣凝膠：.靜止的空氣，在環(huán)境溫度為25的條件下，凝膠的密度為0.002g·cm-3，并具有90%以上的孔隙率，因此，在室溫真空條件下，SiO2氣凝膠的導熱

10、率可低至0.001W·m-1·K-1。導熱系數低有效地保 障了理想的隔熱保溫的效能，保溫效果是傳統(tǒng)材料的35倍。在充分確保隔熱效果的前提下，減少隔熱層的厚度，拓寬了它的使用范圍，提高空間利用率，尤其適用于不利施工的狹窄空間；同時能夠提高能效，降低熱耗，貢獻節(jié)能率。乳液:乳化聚合物是用不溶于水的溶液聚合物，加入表面活性劑來制得的，在高速攪拌下就產生了該聚合物的乳液。這與油和水相混合的原理是一樣的。它能用任何溶液聚合物(丙烯酸、 醇酸、環(huán)氧、乙烯、硝酸纖維素酯)來制造。這些種類的聚合物都有一定的玻璃轉化溫度(Tg )，但是由于都不含有固體顆粒，所以它們都沒有最低成膜溫度(MFF

11、T)，在涂料中主要起著一定的成膜作用，并且乳液能增強涂料與玻璃板或墻體的粘接性能。 分散劑：分散劑（Dispersant）是一種在分子內同時具有親油性和親水性兩種相反性質的界面活性劑。可均一分散那些難于溶解于液體的無機，有機顏料的固體顆粒，同時也能防止固體顆粒的沉降和凝聚，形成安定懸浮液所需的藥劑。 促使物料顆粒均勻分散于介質中,形成穩(wěn)定懸浮體的藥劑。分散劑一般分為無機分散劑和有機分散劑兩大類。常用的無機分散劑有硅酸鹽類(例如水玻璃)和堿金屬磷酸鹽類(例如三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和焦磷酸鈉等)。有機分散劑包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠、脂肪酸聚乙二

12、醇酯等。 潤濕劑：能使固體物料更易被水浸濕的物質。通過降低其表面張力或界面張力，使水能展開在固體物料表面上，或透入其表面，而把固體物料潤濕。通常是一些表面活性劑，如磺化油、肥皂、拉開粉BX等。也可用大豆卵磷脂、硫醇類、酰肼類和硫醇縮醛類等。潤濕劑正日益被陶瓷工業(yè)所使用，一般通用的是一種具有很 高耐水硬度的聚氧化乙烯烷化醚類（Poly-oxyethylene alkylate ether）。而磺化油、肥皂等都具有中等的潤濕性能、優(yōu)良的去垢能力和增溶的傾向。 消泡劑：破泡劑·抑泡劑·脫泡劑總稱為消泡劑。泡劑的種類很多，硅醚共聚類，有機硅氧烷、聚醚、硅和油復合、含胺、亞胺和酰胺類

13、的，具有消泡速度更快，抑泡時間更長，適用介質范圍更廣，甚至苛刻介質環(huán)境如高溫、強酸和強堿的特點。1泡沫局部表面張力降低導致泡沫破滅該種機理的起源是將高級醇或植物油撒在泡沫 上，當其溶入泡沫液，會顯著降低該處的表面張力 。因為這些物質一般對水的溶解度較小，表面張力的降低僅限于泡沫的局部，而泡沫周圍的表面張力幾乎沒有變化。表面張力降低的部分被強烈地向四周牽引、延伸，最后破裂。2消泡劑能破壞膜彈性而導致氣泡破滅消泡劑添加到泡沫體系中，會向氣液界面擴散，使具有穩(wěn)泡作用的表面活性劑難以發(fā)生恢復膜彈性的能力。3消泡劑能促使液膜排液，因而導致氣泡破滅泡沫排液的速率可以反映泡沫的穩(wěn)定性，添加一種加速泡沫排液的

14、物質，也可以起到消泡作用。4添加疏水固體顆粒可導致氣泡破滅在氣泡表面疏水固體顆粒會吸引表面活性劑的 疏水端，使疏水顆粒產生親水性并進入水相，從而起到消泡的作用。5增溶助泡表面活性劑可導致氣泡破滅某些能與溶液充分混合的低分子物質，可以使氣泡表面活性劑被增溶、使其有效濃度降低。有這 種作用的低分子物質如辛醇、乙醇、丙醇等醇類，不僅可減少表面層的表面活性劑濃度，而且還會溶入表面活性劑吸附層，降低表面活性劑分子間的緊密程度，從而減弱了泡沫的穩(wěn)定性。6電解質瓦解表面活性劑雙電層而導致氣泡破滅對于借助泡沫的表面活性劑雙電層互相作用，產生穩(wěn)定性的起泡液，加入普通的電解質即可瓦解表面活性劑的雙電層起消泡作用。

15、 成膜助劑：又稱聚結助劑。能促進高分子化合物塑性流動和彈性變形，改善聚結性能，能在較廣泛施工溫度范圍內成膜的物質。是一種易消失的增塑劑。常用的為醚醇類高聚物的強溶劑，如丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯等。以前常用的乙二醇丁醚由于對人體有生殖毒性，現在已被大多數國家禁用。一般乳液會有成膜溫度，當環(huán)境溫度低于乳液成膜溫度時乳液不易成膜，成膜助劑能改善乳液成膜機理，幫助成膜。成膜后成膜助劑揮發(fā)，不會影響涂膜的特性。補充，現在乳膠漆體系中成膜助劑所指的是醇酯十二，在乳膠漆體系中的發(fā)展中，成膜助劑的在不同階段的具體產品也是不一樣的，從 200號油，到乙二醇，最后現在乳膠漆體系中常用的是醇酯十二！ 增稠劑：增

16、稠劑是一種食品添加劑，主要用于改善和增加食品的粘稠度，保持流態(tài)食品、膠凍食品的色、香、味和穩(wěn)定性，改善食品物理性狀，并能使食品有潤滑適口的感覺。增稠劑可提高食品的粘稠度或形成凝膠，從而改變食品的物理性狀，賦予食品黏潤、適宜的口感，并兼有乳化、穩(wěn)定或使呈懸浮狀態(tài)的作用，中國目前批準使用的增稠劑品種有39種。增稠劑都是親水性高分子化合物，也稱水溶膠。按其來源可分為天然和化學合成（包括半合成）兩大類。 硅烷偶聯劑：環(huán)氧基硅烷偶聯劑XR-560用途： 1. 主要用于不飽和聚酯復合材料中，可以提高復合材料機械性能、電氣性能、透光性 能，特別是能大幅度提高復合材料的濕態(tài)性能。 2. 用

17、(含該偶聯劑的)浸潤處理玻纖，可提高玻纖增強復合材料濕態(tài)的機械強度和電氣 性能。3. 電線電纜行業(yè)，用該偶聯劑處理陶土填充過氧化物交聯的EPDM體系，改善了消耗 因子及比電感容抗。 4. 與醋酸乙烯和丙烯酸酸或甲基丙烯酸單體共聚，這些聚合物廣泛用于涂料、膠粘劑 和密封劑 中，提供優(yōu)異的粘合力和耐久性。 四、 實驗設計實驗基本配方如下水：分散劑：0.3%潤濕劑：0.1%消泡劑：0.2%中速分散至均勻400600r/min（37min）纖維素：0.3%高速分散至纖維素溶解8001200r/min（1030min）丙二醇：0.4%成膜助劑：0.5%二氧化硅氣凝膠/納米ATO：10

18、%中速分散400或500r/min（3060min）氨水（PH調節(jié)劑）=89乳液：10%增稠劑：消泡劑：0.3%水：低速分散400r/min（60min）將所制得的涂料用線棒涂刮在玻璃板（5mm;12×12cm普通玻璃）上，先置于空氣中室溫風干12h，再于烘箱中100烘干2h，最后在進行溫差次測量并記錄數據。五、 結果納米二氧化硅氣凝膠：平均溫差在13左右，透明性隨氣凝膠含量的減少而增大，隨潤濕分散劑的用量的增加而增加。；納米ATO:平均溫差最低為1左右，最高能達到3.54六、 討論實驗過程中出現的問題：1. 羥乙基甲基纖維素作增稠時，它不溶，后面改用聚乙烯醇作增稠劑。2. 攪拌速率增加，氣泡增加、所需消泡劑的用量亦增加（實驗時需根據材料攪拌過程中產生氣泡的多少來確定消泡劑消泡劑用量），反之亦然。但是，消泡劑又不宜過多，因為隨著消泡劑用量的增加，所得產品的有狀物會增多（消泡劑的主要成分是礦物油），最后會導致涂抹于玻璃板上的平整性不佳。3.