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无机透明绝热涂料的研制用掺杂SnO2导电氧化物TCO作原料李碧华

2022年08月30日

无机透明绝热涂料的研制，用掺杂SnO2 导电氧化物（TCO）作原料

0 前言

人类积极开发太阳能，以节约有限的资源。但太阳的强烈辐射所产生的热量也给人们的生活带来诸多不便，在发达国家中，冷气机组、空调设备和电风扇等降温设备所用的能量，占全年总能耗的20% 以上；

在中国，这些设备消耗的能量则高达41% 左右，而且每年都有递增的趋势。造成这些能源过高的损耗，与建筑物采取的隔热保温措施有着很大的关系玻璃门窗是建筑物的重要组成部分，其透过的热量占整个建筑结构热量的40％以上。

由此可见，玻璃材料的透光系数、太阳热直射透射率和反射阻隔率等指标对建筑的室内热环境和空调制冷能耗影响很大，夏季透过窗户进入室内的太阳热构成了空调负荷的主要因素。

以无机醇溶透明树脂为成膜物，将其与分散良好的纳米导电氧化物相混合，研制而成无机透明绝热涂料。应用于玻璃、塑料、金属、瓷砖、水泥等表面，以屏蔽阻隔红外热辐射，有着显著的隔热效果，并且具有防静电、防眩光、防辐射等功能。

同时，这种涂料还能阻挡室内热能通过玻璃、铝材传导外泄，以保证冬季室内能量的损耗。本产品的研制推出，可以取代价格昂贵的进口隔热贴膜，有着良好的市场开发前景。

1 实验部分

1.1 主要原料

无机醇溶透明树脂，无水乙醇等为市售工业品。

导电氧化物TCO 粉，云南晶格纳米材料有限公司供应。

分散剂110，消泡剂052，增稠剂410，BYK 公司产品。

1.2 主要仪器设备

EFJ-400 砂磨搅拌分散机，线棒涂布器TB-50，激光粒度分布仪BT-9300H，光谱光度计UA7680，隔热效果测试装置。

1.3 透明绝热涂料的配制

1.3.1 纳米导电氧化物TCO 粉体浆料的制备

分散剂110∶消泡剂052∶无水乙醇∶TCO 粉=1.5∶0.5∶84∶14。将原料按配比混合后，用EFJ-400 砂磨搅拌分散机高速分散砂磨6~8 h，调节pH 值为7.5，最终用BT-9300H 激光粒度分布仪测得粒度D50=122±10，制得固含量为14％的纳米TCO 粉体浆料。

1.3.2 绝热涂料的制备

TCO 浆料∶无机透明树脂∶增稠剂410 = 40∶60∶0.5。将原料按配比混合后，用搅拌分散机搅拌1.5 h，产品呈浅蓝色液体。

1.4 透明隔热涂膜的制备

取涂料样品适量，用50 μm 线棒涂布器涂覆于18 cm×13 cm 平板玻璃和普通载玻片上，自然固化或放置于烘箱中于150℃下烘烤15 min，待用。取相同规格的空白平板玻璃，留作比较之用。

2 性能测试

2.1 涂膜基本性能

用50 μm 线棒涂布器涂覆涂膜，依据国家相关测定方法进行性能测试，结果见表1。

2.2 涂膜光谱性能

在光谱光度计上测试可见光和近红外范围内的透射光谱，与空白玻璃作比较，结果见表2。

2.3 涂膜隔热性能

将涂有50 μm厚涂膜的18 cm×13 cm样品玻璃，涂层朝上放置于隔热效果测试装置的顶部。隔热测试装置为木质结构，外裹玻璃棉保温材料，把热电偶测温仪的探头固定在盒内底部，涂膜样品上方20 cm 处固定500 W 碘钨灯模拟太阳光源进行照射，加热相同的时间后，记录放置涂膜样品的木盒内部温度，与放置空白玻璃的测试装置作比较，隔热性能数据见表3。

表3 涂膜样品与空白玻璃在相同条件下测试的温度

测试时环境温度17℃。

3 分析讨论

3.1 涂膜基本性能分析

该涂料是一种特殊用途的新材料，涂膜要求薄而均匀。涂料成膜物质的选择直接影响着涂膜的基本性能。由表1 可知：采用无机透明醇溶树脂为基料，由于醇类溶剂环保无毒，在空气中其挥发速率要比水快，以便快速成膜，避免了施工流挂现象的产生。同时无机树脂材料表现出优异的耐候、耐老化、耐沾污自洁、耐高温、硬度高、附着力强等综合性能。

3.2 涂膜光谱性能分析

由表2 可知：涂膜在400~800 nm 可见光区域，可见光透过率很高，外观特征表现出浅蓝色的透明体，具有防眩光的效果；在800~2 500 nm 近红外区域透过率很低，是由于入射光的频率高于纳米氧化物TCO 的振动频率，引起了其离子体的高反射，对红外区太阳光的主要热量起阻隔屏蔽作用，从而表现出涂膜对光谱的选择性。

3.3 涂膜隔热性能分析

由于SnO2 导电性能较差，存在着晶格氧缺位，可以用5 价元素作“施主”按一定比例掺杂进去，使其出现空穴导电，引起自由载流子的吸收来增加载流子的密度。这样掺杂SnO2 导电氧化物即能表现出吸收紫外、反射红外、透过可见光的综合特性。由表3 可知：涂膜样品和空白玻璃在相同的条件下，温度相差最高达20℃，可达到节约能源，降低光污染的效果。

4 结语

用掺杂SnO2 导电氧化物作原料制备的无机透明绝热涂料，其隔热功效是由导电氧化物反射红外热辐射来实现的。当涂膜厚度为50 μm 时，木盒内部的温度比空白玻璃最多低20℃，可见光透过率达75%，红外热辐射阻隔率达72%，隔热效果显著。产品选用无机醇溶透明树脂为基料，涂膜表现出优异的耐老化、耐高温、耐沾污自洁、附着力强、硬度高等综合性能。