六钛酸钾晶须的表面改性及其在隔热节能卷材涂料中的应用

【摘要】：预涂金属卷材由于其多变的色彩,轻便,易加工及优越的机械性能,越来越多的被应用到建筑、汽车、家电面板等领域。随着城市发展对节能的要求越来越高,金属卷材对隔热的需求也日益显著。六钛酸钾晶须(Potassium Titanate Whiskers, PTW)由于具有性价比比较高、尺寸微细、红外反射率高、热系数极低(具有负的导热系数),用在薄膜类隔热卷材涂料中,性能十分优异。但由于钛酸钾晶须尺寸细微,使其极易容易团聚,同时晶须的表面亲水疏油,直接复合到有机基体体系中,与有机基体间的润湿性、分散性较差,不能发挥其优异的隔热性能。通过对PTW表面进行有机化改性,可以改善其在基体体系中的分散、润湿性,但目前对晶须的大部分改性方法都是借鉴成熟的玻纤改性方法,难以达到很好的改性效果。因此晶须的高性能化表面处理是制约其在隔热卷材涂料中广泛应用的关键难题。 因此本文的主要思路是围绕晶须的改性方法及改性后的晶须对隔热卷材涂料性能的影响展开研究的,研究的主要思路是先对常用的硅烷偶联剂KH570改性晶须的改性工艺进行研究,然后在其基础上对晶须先无机包覆再有机改性的复合改性手段进行探讨。目的是找到一种能达到对晶须高性能化表面处理的改性方法,以提高添加改性晶须后的隔热卷材涂料的隔热性能。 以活化指数为评价指标,对KH570改性晶须的改性工艺进行了单因素优化。研究表明,KH570改性晶须的最佳改性工艺条件为:预水解液的pH值为1.5,室温(30℃)水解时间为1h,反应温度为60℃,偶联剂的用量为5%,偶联时间为2h。最佳改性工艺改性后的晶须在有机基体体系中的分散性、相容性得到一定程度的提高。 采用无机-有机复合改性工艺对晶须进行改性。探讨了无机-有机复合改性、无机SiO_2理论包覆量对PTW表面性质的影响。结果表明,无机-有机复合改性能进一步提高晶须在有机基体体系中的分散性、相容性,且在无机SiO_2理论包覆量为9%时,晶须的改性效果最好。 以饱和聚酯树脂为成膜物质,表面复合改性六钛酸钾晶须为填料,高反射率黑色颜料为颜料,配制单层隔热卷材涂料,并对隔热卷材涂料的性能进行了研究。提出了单涂层隔热卷材涂料最优配方为:以饱和聚酯树脂为基料,加入薛特30C940颜料、1.5wt%复合改性后的六钛酸钾晶须,得到的单涂层隔热卷材的热反射率为95%,且涂膜的机械性能和耐溶剂性均达到卷材涂料使用要求。 【关键词】：隔热节能 卷材涂料 表面改性 六钛酸钾晶须 硅烷偶联剂
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ630.7
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 引言12
• 1.2 隔热涂料的原理及研究进展12-17
• 1.2.1 阻隔型隔热涂料12-14
• 1.2.2 反射型隔热涂料14-16
• 1.2.3 辐射型隔热涂料16-17
• 1.2.4 复合型隔热涂料17
• 1.3 六钛酸钾晶须简介17-23
• 1.3.1 六钛酸钾晶须的性能17-19
• 1.3.2 目前存在的问题19-20
• 1.3.3 六钛酸钾晶须的表面改性20-23
• 1.4 卷材涂料简介23-25
• 1.4.1 卷材涂料的组成23
• 1.4.2 卷材涂料的特点23-24
• 1.4.3 隔热卷材涂料的研究现状24-25
• 1.5 本论文的研究意义及主要研究内容25-27
• 第二章 六钛酸钾晶须的偶联改性27-42
• 2.1 引言27
• 2.2 偶联剂的作用机理27-28
• 2.3 实验部分28-32
• 2.3.1 实验原料及仪器28-29
• 2.3.2 实验步骤29-31
• 2.3.3 PTW 表面改性效果的评测及表征31-32
• 2.4 实验结果及讨论32-41
• 2.4.1 改性工艺的单因素研究32-35
• 2.4.2 最佳改性工艺条件下改性晶须的表征35-36
• 2.4.3 添加改性PTW 涂层的隔热性能测试36-39
• 2.4.4 不同pH 值水解KH570 改性六钛酸钾晶须的分散性39-40
• 2.4.5 硅烷偶联剂使用量讨论40-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第三章 六钛酸钾晶须的无机有机复合改性42-51
• 3.1 引言42
• 3.2 实验42-43
• 3.2.1 实验原料及仪器42
• 3.2.2 实验步骤42-43
• 3.2.3 PTW 表面改性效果的评测及表征43
• 3.3 实验结果及讨论43-47
• 3.3.1 包覆Si0_2 过程机理分析43-44
• 3.3.2 Na_2Si0_3 对包覆量的影响44-45
• 3.3.3 活化指数的测试45
• 3.3.4 水接触角的测试45-46
• 3.3.5 涂层隔热性能测试46-47
• 3.4 改性样品的表征47-50
• 3.4.1 FTIR 分析47
• 3.4.2 TGA 分析47-48
• 3.4.3 SEM 的表征48-49
• 3.4.4 包硅后PTW 表面Zeta 电位的变化49-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 隔热卷材涂料的制备及性能51-62
• 4.1 实验原料及仪器51
• 4.2 实验方法51
• 4.2.1 标准黑漆的制备51
• 4.2.2 标准灰漆的制备51
• 4.2.3 功能颜料黑浆的制备51
• 4.2.4 卷材涂料样板的制备51
• 4.3 隔热涂膜性能测试51-52
• 4.3.1 涂膜基本机械性能的测试51-52
• 4.3.2 涂层隔热效果的测试52
• 4.4 隔热卷材涂料配方设计原理52
• 4.5 隔热颜填料对涂层性能影响研究52-57
• 4.5.1 改性晶须用量对涂料综合性能的影响52-53
• 4.5.2 改性晶须添加量对晶须在涂料体系中分散性的影响53-54
• 4.5.3 颜料的性能研究54-57
• 4.6 单涂层隔热卷材涂料配方体系的研制57-61
• 4.6.1 单涂层隔热卷材涂料配方设计57
• 4.6.2 单涂层隔热卷材涂料制备工艺57-59
• 4.6.3 单涂层隔热卷材涂料固化工艺的选择59
• 4.6.4 单涂层隔热卷材涂料配方性能59-61
• 4.7 本章小结61-62
• 结论与展望62-64
• 结论62-63
• 展望63-64
• 参考文献64-71
• 附录1 太阳热反射率的测定装置及其计算方法71-73
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果73-74
• 致谢74-75
• 附件75

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