导　　师： 杨卓如

学科专业： H1701

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 当前，能源日益紧张的形势正困扰全球经济发展，节约能源将是我国缓解能源紧张形势的重要战略方向。由于传统的建筑玻璃隔热节能效果差，造成大量的能源浪费。因此开发高性能的玻璃节能产品，有利于降低建筑物能耗，对缓解我国能源短缺形势具有重要的政治和经济意义。本文研究利用纳米ATO对光谱的选择性原理，基于复合乳胶的设计思想，首先解决纳米ATO粒子易团聚、难分散的问题，制得低团聚的纳米ATO光电材料；然后利用分散剂以及硅烷偶联剂修饰改性纳米ATO粒子，使纳米ATO粒子能够在液相中稳定分散，以便后面复合乳胶粒的构筑；最终采用原位细乳液聚合法制备核-壳结构的、具有透明、隔热性能的复合乳液。与其他的玻璃节能方式相比，该复合涂料工艺简单、施工方便、成本较低，具有良好的市场推广前景。
　　 以无机盐SNCL4·5H2O，SBCL3为起始原料，采用溶胶-凝胶-超临界CO2萃取干燥法（SOL-GEL-SCF-CO2）制备纳米锑掺杂氧化锡（ATO）前驱体干粉，然后经热处理制得高分散性的纳米ATO粒子。考察了工艺参数对产物的粒径和比表面积的影响，得到了较佳的制备工艺条件。通过FT-IR、XRD、XPS、TEM、SEM等分析手段，对纳米ATO材料进行了结构分析和表征。结果表明：在掺杂比SB：SN（AT：AT）为1：9，反应物起始浓度为0．4MOL/L，反应终点PH值为2．5，反应温度25℃，反应3小时，萃取干燥温度为40℃，压力12MPA，干燥时间为5H，超临界流体流量控制在20ML/MIN等条件下，制得了疏松的前驱体干粉，经600℃热处理3H所得四方形金红石结构的纳米ATO粉体呈不规则球形，其结构疏松、粒径小，平均粒径在25NM左右，再分散性能较好。
　　 考察了不同干燥工艺对制得的纳米ATO粒子形貌以及团聚分散性能的影响，从理论上探讨了SOL-GEL制备纳米ATO粉体造成纳米粒子团聚的原因。研究了超临界CO2（SCF-CO2）干燥对ATO前驱体醇凝胶干燥过程中消除团聚的机理，认为：由于SCF流体具有极好的渗透性，在无表面张力的情况下，贫乙醇流体和富乙醇流体相容为C2H5OH-CO2二元均质流体，凝胶中的乙醇转移到SCF-CO2流体中；凝胶中乙醇被CO2流体取代，避免了在萃取结束后毛细管力作用产生的凝胶严重塌陷的发生，明显降低了前驱体粒子的收缩团聚。最后，还研究了SCF-CO2干燥的传质动力学，并建立了本研究的SCFD传质动力学模型。
　　 鉴于纳米材料的高表面能、难分散的问题，本研究根据纳米ATO粒子在液相中的分散稳定机理，采用分散剂结合球磨技术，将纳米ATO粒子分散于水相中，制备稳定分散的纳米ATO水分散浆料，研究结果表明：在PH7．0时，0．6（WT）％阴离子表面活性剂聚丙烯酸钠（SPA）对ATO粒子分散稳定性较好。然而，由于纳米ATO的亲水性及其与有机基体的不相容等问题，本研究采用γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（MPS）对纳米ATO的表面进行亲油改性。经过FTIR、XPS、TG/DSC分析，结果表明：在ATO纳米粒子表面接枝上了一层约7．18-7．53WT％的MPS后，改性后的ATO粒子亲油性能有了大幅度的提高，能够稳定分散于正丁醇中，100小时内不发生明显沉降。
　　 由于共混法制备复合涂料中存在的相分离问题，为了提高纳米ATO在涂料相容性，将改性后的纳米ATO粉体分散于丙烯酸单体中，在本研究的工艺条件下采用原位细乳液聚合法成功制得稳定的、粒径在100NM以下且粒径分布较窄的核-壳结构的ATO/聚丙烯酸酯复合涂料。经过FTIR、XRD、TG/DSC以及TEM分析，研究结果表明：ATO/聚丙烯酸酯（ATO/PMB）复合乳液具有明显的核壳结构，复合涂料涂膜仍然具有ATO典型的四方型金红石结构；纳米ATO的引入，复合涂料的涂膜力学性能、耐水性、耐热性能均有较大幅度的提高。复合涂料的透明隔热性能研究表明：涂膜具有较高的透明性以及优异的隔热性能，10％ATO含量的复合树脂膜的可见过透过率仍可达82．3％，而且近红外热辐射的阻隔率也超过60％以上，在长达7．5小时的碘钨灯的照射实验中，经过10％ATO含量的隔热膜保护的室内可降温可达6℃以上。因此，本研究制得的ATO/PMB复合涂料，能够在较长时间内维持室内相对低的温度（温差能保持6℃左右），在炎热的夏天给人们一个清凉的室内环境。在全球能源日益短缺的今天，对建筑物的节能有着重要的意义。

关 键 词： 透明隔热涂料 纳米锑 氧化锡 表面改性 核壳结构 透明隔热性能

分 类 号： [TQ630.4]

领　　域： [化学工程]