SiO2气凝胶绝热涂层隔热与耐高温性能研究

目的探究SiO_2气凝胶在绝热涂层中的应用,利用SiO_2气凝胶的低导热系数、低密度、高孔隙率及低折射率等优异性质,提高涂层隔热性能和耐高温性能。方法通过筛选不同类型的水性树脂和功能填料,选择吸热较少的树脂和隔热性能优异的填料作为绝热涂层的原材料。采用自制隔热装置以及导热系数测量仪,对添加不同质量分数SiO_2气凝胶的绝热涂层的隔热性能进行研究,并采用XRD、FT-IR等多种分析手段,研究涂层加热到200、300、400℃时的物相结构和基团变化。结果水性丙烯酸树脂含吸热基团较少,在相同光照条件下,平衡温度分别比聚氨酯树脂和环氧树脂低0.8℃和1.8℃,适宜作SiO_2气凝胶绝热涂层的成膜物质。涂层隔热性能随SiO_2气凝胶质量分数的增加呈先增强后减弱的趋势,当SiO_2气凝胶质量分数为5%时,涂层的隔热性能最佳,同未添加SiO_2气凝胶的涂层相比,最大温差可达12℃。随SiO_2气凝胶质量分数的增加,涂层的耐高温性能提升,当SiO_2气凝胶的质量分数为7%时,涂层能在400℃高温下保持良好的性能。结论 SiO_2气凝胶对隔热涂层的隔热性能和耐高温性能有较大提升,对SiO_2气凝胶涂层的多领域应用奠定了一定基础。     

SiO2气凝胶隔热涂层织物的制备及性能研究

目的提高织物的隔热效果及抗紫外性能。方法以SiO2气凝胶和TiO2为功能粒子,采用聚丙烯酸酯、聚氨酯类粘合剂,在棉织物上制备涂层,研究功能粒子和粘合剂用量对涂层织物隔热效果的影响。结果当涂层剂中粘合剂和去离子水质量比为2∶8,气凝胶加入量为粘合剂和去离子水总质量的10%时,涂层织物的隔热性能最好,较原织物显著提高。此外,SiO2气凝胶-TiO2复合涂层的隔热性能也颇为优异。织物涂覆涂层后,与原织物相比,断裂强力基本不变,撕破强力略有下降,白度提高,抗紫外性能提高,摩擦牢度好。结论采用SiO2气凝胶、TiO2作为功能粒子对织物进行涂层涂覆,其隔热性能显著提高。     

SiO2气凝胶涂料的制备及应用研究进展

SiO2气凝胶自1931年由美国科学家Kistler制备问世以来,因其热导率低、比表面积大、孔隙率大等优异性能一直被研究者所青睐.随着研究的深入,SiO2气凝胶的制备加工工艺得到了优化,使用性能在一定程度上得到了较大提升,研究方向也从早期的制备、性能研究发展到现在的应用研究.现已研制开发出许多具有特殊功能的全新产品,并通过与其他材料的复合得到性能更优越的SiO2气凝胶复合材料,使其在航天航空、军事、建筑、医学等领域得到越来越广泛的应用.在SiO2气凝胶众多应用领域中,其在涂料中的运用是极为重要的一个分支.针对目前SiO2气凝胶涂料推广应用难等现实情况,先对SiO2气凝胶及其涂料制备过程中存在的主要问题做简要阐述,再将利用SiO2气凝胶在某些方面的突出性质而制成的功能涂料进行分类,并从SiO2气凝胶在各种功能涂料中的作用机理出发,对不同功能的SiO2气凝胶涂料的研究进展情况进行归纳总结,在此基础上,展望了未来SiO2气凝胶涂料的发展方向.     

SiO2气凝胶保温隔热材料在建筑节能技术中的应用

Si O_2气凝胶是一种三维空间网络结构固体材料,具有低密度、低热导率、高光透过率、高孔隙率以及高比表面积等特性,同时还兼有防火、防水等优良性能,是一种不可多得的轻质、环保、多功能材料,在建筑保温隔热领域有着广阔的应用前景。以建筑节能为目标,简要叙述了对Si O_2气凝胶的研究,从制备原材料种类的多样化,以及原材料和干燥成本降低等方面论述了其大规模生产应用的可能性,重点阐述了Si O_2气凝胶玻璃、Si O_2气凝胶隔热涂料、Si O_2气凝胶纤维复合材料以及Si O_2气凝胶混凝土和砂浆等在建筑保温隔热方面的应用研究进展;然后,从其所具备的优良特性出发,提出了一种由Si O_2气凝胶材料在建筑节能技术中的应用设想,主要从Si O_2气凝胶材料在保温隔热、防水、防火以及简化施工工艺等方面的优势,构建了全部由Si O_2气凝胶材料替代当前保温隔热材料在建筑节能中的应用体系,最后对Si O_2气凝胶材料在建筑保温隔热中的应用前景做了展望。     

碳纳米管掺杂SiO2气凝胶隔热材料的制备与性能表征

以正硅酸乙酯（TEOS）和碳纳米管（CNTs）为原料，采用溶胶-凝胶法和常压干燥法制备不同碳纳米管（CNTs）含量的SiO2气凝胶隔热材料。采用DET、SEM、XRD等测试方法考察了添加CNTs对SiO2气凝胶比表面积、孔结构特征和密度的影响。结果表明：添加CNTs不仅能够增强SiO2气凝胶的强度，而且能够在很大程度上提高气凝胶的比表面积，使孔结构分布更加均匀。     

纤维增强气凝胶柔性隔热复合材料的制备

以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,酸碱催化两步法配制溶胶,浸渍柔性纤维毡后进行超临界干燥制备柔性隔热复合材料.研究表明,随着超临界干燥溶胶之前老化时间的延长(1 h～7 d),复合材料在600℃下的抗拉强度变大(0.13～0.21MPa),红外光谱分析确定是由于其水解程度变大.复合材料中的纯气凝胶比表面积为209.8 m2/g,平均孔径为18.8 nm.场发射扫描电镜照片表明气凝胶很好地填充于纤维之间,避免了纤维与纤维的接触.从而柔性复合材料具有低热导率,120、500℃下分别为0.019、0.054 W/m·K.     

纤维掺杂疏水SiO2气凝胶的制备与表征

采用溶胶-凝胶方法成功制备了陶瓷纤维掺杂的疏水SiO2气凝胶.陶瓷纤维在SiO2气凝胶中起骨架支撑的作用来提高气凝胶的机械性能.SiO2气凝胶的机械强度从没有掺杂纤维的1.6×104Pa提高到掺杂10%纤维的9.6X 104Pa,且掺杂10%纤维的SiO2气凝胶常温常压的热导率仅为0.029 W/(m·K).掺杂SiO2气凝胶的疏水性通过表面修饰也得到了极大的提高.     

填料对建筑节能涂层隔热性能的影响和机理

目的探究反射型、阻隔型和辐射型填料对建筑节能涂层反射隔热性能的影响,为填料在建筑节能涂料中的筛选应用提供一定的理论支撑。方法分别将金红石型二氧化钛、空心玻璃微珠和远红外陶瓷粉与苯丙乳液共混,制备了反射型、阻隔型和辐射型建筑节能涂料。采用扫描电子显微镜、紫外/可见/近红外反光光度计、导热系数测量仪和红外发射率测量仪对涂层性能进行表征,探究了三种填料添加量和平均粒径对涂层反射隔热性能的影响。结果金红石型二氧化钛、空心玻璃微珠和远红外陶瓷粉的最佳添加量(占成膜物质总质量的百分比,全文同)和平均粒径分别为25%和0.25μm、9%和325目、9%和1μm。此时对应涂层的太阳光平均反射率、导热系数、8~14μm波段的红外发射率分别为85.88%、0.05 W/(m·K)和0.91,隔热性能优异。结论填料添加量和平均粒径对建筑节能涂层的隔热性能均具有一定的影响,实际应用时可根据需要选择填料添加量和平均粒径。     

水性隔热涂料体系制备及应用研究

目的研制一种柔韧性良好的SiO_2气凝胶涂层。方法以SiO_2气凝胶为主要隔热填料,以水性树脂为基料,在多种功能助剂的配合下,制备轻质高效的隔热涂料,作为中间层漆与水性防腐底漆、水性耐候性面漆配套使用。结果以水性聚氨酯树脂作为基料,当气凝胶添加量为13%~16%时,涂层的导热系数能够达到0.05 W/(m·K)以下,涂层表面不开裂,综合性能较好。气凝胶隔热涂料与水性环氧防腐底漆、水性聚氨酯面漆配套相容性良好。结论将SiO_2气凝胶添加到有机树脂中,制备成具有有机成膜物柔性的水性隔热涂层,在力学性能优异的树脂包裹下,可避免其在形变时发生脆性断裂。涂料简单易行的施工方式,使其不再受被保护部件复杂形状的限制,从而极大地拓展涂层的应用范围。同时,涂层体系集防腐、隔热与装饰一体化,为高效防腐隔热提供了全新的解决方案。     

高分子纤维增韧SiO_2气凝胶复合材料的制备

以正硅酸乙酯为硅源,乙醇和水为溶剂,芳纶纤维为增强相,通过溶胶凝胶及常压干燥等步骤,实现了芳纶增韧SiO_2气凝胶复合材料的非超临界制备.采用扫描电镜、吸附-脱附等分析手段及热导率测试对所得气凝胶样品进行结构分析和性质表征.结果表明,调节反应体系的各反应参数可以获得具有不同外形、密度及热导率的复合材料;所得气凝胶平均孔径约为10～20 nm,比表面积可达1000 m~2/g,可望在隔热材料等领域得到应用.     

高紫外反射ZnO/SiO2复合粉体制备及其热控涂层性能研究

目的 以ZnO/SiO2复合粉体为填料,开展新型热控涂层制备方法研究,提高传统白色热控涂层的紫外反射率, 研制出具有太阳全光谱高反射性能的热控涂层。方法 以硫酸锌和硅酸钠为原料,采用常温化学合成与高温热处理相结合的方法制备ZnO/SiO2复合粉体,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜及紫外可见分光光度计等仪器,对复合粉体的微观结构及光学性能进行表征。然后以ZnO/SiO2复合粉体为填料,以无机硅酸钾为粘结剂,制备了ZnO/SiO2热控涂料,通过不同颜基比和厚度的优化,得到了太阳全光谱(200~ 2600 nm)高反射白色热控涂层的制备方法。结果 研制的ZnO/SiO2复合粉体在紫外波段的反射率均大于88%,与传统ZnO粉体相比具有明显提升。当以无机硅酸钾为粘结剂、颜基比为2:1、喷涂厚度为100~140 μm时,所制备涂层在太阳全光谱呈现高反射特性,此时涂层的太阳吸收比为0.12,红外发射率为0.92。结论 ZnO/SiO2热控涂层具有优异的热控性能,与传统白色热控涂层相比具有更低的吸收比,同时在太阳全光谱具有高反射特性,可以满足新一代大功率卫星长寿命和高效散热的技术需求。     

复合型建筑节能涂层的制备及性能研究

目的提高建筑节能涂层的隔热性能,为多种隔热机理于一体的建筑节能涂层提供借鉴意义。方法自制复合乳液作为复合涂层的粘合剂,将含空心微珠填料的涂层做底面涂层,含镍钛黄颜料的涂层做表面涂层,制备了底-表面复合型建筑节能涂层,并探究了镍钛黄掺量对涂层性能的影响。采用X射线衍射仪、紫外/可见光/近红外分光光度计、长波发射率仪、精密色差仪和扫描电子显微镜对镍钛黄和涂层性能进行表征,采用红外灯模拟太阳热源测量涂层的隔热性能。结果镍钛黄晶体结构为金红石型,且具有优异的可见光和近红外反射特性,其在可见光和近红外波段的平均反射率达72.61%。镍钛黄掺量对复合涂层在可见光和近红外波段平均反射率具有一定的影响,当镍钛黄掺量为20%时,复合涂层在近红外波段的平均反射率最高为66.75%,此时涂层在3~5μm和8~14μm波段的长波发射率分别为0.95和0.94,试板背面平衡温度比仅含相同掺量镍钛黄的表面涂层试板背面平衡温度降低2.4%,隔热性能得到提升。结论采用阻隔-反射型/底-表面复合结构可以提升建筑节能涂层的隔热性能,实际应用时颜料掺量以20%为宜。     

提高等离子喷涂热障涂层隔热性能的方法

为进一步提高等离子喷涂热障涂层的隔热性能,对陶瓷材料的导热理论及热障涂层的热导率进行了研究.提出了包括寻求新型热障涂层陶瓷材料、添加掺杂剂、制备纳米涂层及双陶瓷层热障涂层等能够改善等离子喷涂涂层隔热性能的方法;并指出,采用等离子喷涂技术制备带颜色的稀土锆酸盐纳米双陶瓷层热障涂层,将会进一步改善热障涂层的隔热性能.     

热喷涂热障涂层孔隙与涂层性能关系研究进展

孔隙在热障涂层中较为常见,孔隙对热障涂层的性能有利有弊。对热障涂层陶瓷层中孔隙的形成机理进行了综合分析,总结了热障涂层孔隙结构的调控方法,讨论了孔隙结构特征对热障涂层隔热性能和力学性能的影响。孔隙结构的引入将引起力学性能的下降,同时降低热障涂层的热导率,提高隔热效果。孔隙结构特征参数包括孔隙形状、孔隙间距、孔隙倾斜角、孔隙高宽比等,其中孔隙的倾斜角和高宽比对涂层导热性能的影响尤为重要,是孔隙结构的关键特征参数。通过原始粉末孔隙结构的保留、造孔剂(有机造孔剂、无机造孔剂)的搭配造孔、制备工艺(临界等离子喷涂参数、粒子扁平率等)的调节以及后续的孔隙处理,可实现热障涂层孔隙结构的调控。在实际应用过程中应同时兼顾力学性能和隔热性能,最重要的是保证热障涂层的有效寿命,需要综合考虑力学性能与导热性能的匹配。通过热障涂层孔隙结构特征的设计及分布控制,可实现孔隙结构高性能、高可靠性热障涂层的制备。     

太阳热反射隔热彩色涂料的制备及隔热性能

目的从色彩三原色理论出发,制备隔热性能优异的太阳热反射隔热彩色涂料。方法将复合钛红、钴蓝、钛铬黄、镍钛黄和铬绿颜料复配为颜料,硅溶胶偶联苯丙复合乳液为成膜基料,制备了紫色、蓝色、橙色和绿色太阳热反射隔热彩色涂料。用扫描电子显微镜和电子探针对颜料微观结构和元素进行定量检测,用紫外/可见/近红外分光光度计探究颜料的反射特性、涂膜反射特性和污染处理后涂膜太阳光反射比降低率。分别从涂膜试板背面隔热温差和涂膜试板对箱体中心的辐射热流降低率两个方面,衡量太阳热反射隔热彩色涂料的隔热效果。结果紫色、蓝色、橙色和绿色4种太阳热反射隔热彩色涂膜的太阳光反射比均在0.5000以上,分别为0.6287、0.5433、0.7594和0.6991,涂膜污染后的太阳光反射比降低率均满足相关标准≤15%的要求。涂膜试板背面隔热温差均在3℃以上,涂膜试板对箱体中心的辐射热流降低率均在10%以上,隔热降温性能显著。结论采用色彩三原色理论选择合适的红外反射颜料,可制备出隔热性能优异的太阳热反射隔热彩色涂料。     

反射型蓝色隔热节能涂层的制备及隔热性能

目的 针对目前广泛应用的传统型保温隔热建筑材料存在的施工困难、体系过厚、装饰性安全性较差等不足,制备力学性能和装饰性优异的隔热节能涂层。方法 使用KH560对硅溶胶进行改性,与苯丙乳液进行复合制备隔热节能涂料的成膜基料,加入质量分数分别为5%、10%、15%、20%的群青、钴蓝颜浆,制备8种隔热节能涂层。采用傅里叶红外变换光谱仪、马尔文Zeta电位仪、扫描电镜和热重分析仪分别对硅溶胶的接枝改性效果、粒径分布、微观形貌及热稳定性进行测试。采用扫描电镜、X射线衍射仪、电子探针分别对2种颜料的微观形貌、晶体特性和元素组成进行分析。采用紫外/可见/近红外分光光度计测试2种蓝色颜料和节能涂层的太阳光反射比和近红外反射比。采用红外热像仪对涂层试板隔热性能进行测试。采用多种涂层力学测试工具和扫描电镜分别对涂层的综合力学性能、微观形貌进行表征。结果 KH560对无机硅溶胶改性效果较好,可以显著降低硅溶胶的团聚,提升硅溶胶的热稳定性及其在有机乳液的分散性。群青和钴蓝颜料的添加量为5%时,2种涂层的节能隔热效果达到最优。添加量为5%群青的涂层的太阳光反射比、近红外反射比分别为0.462、0.533,添加量...