涂料中玻璃微珠的表面改性及其保溫性能的研究

蔣平 梅鴻輝

摘要：保溫隔熱涂料的主要成分之一是玻璃微珠，因其具有許多封閉的孔結構，能夠使熱量傳播速度減慢，從而達到保溫隔熱的效果。對玻璃微珠進行表面改性，使表面包裹一層氧化鈦，對紅外光有很好的反射，從而提高保溫隔熱的性能。本文引入不同含量的氧化鈦對玻璃微珠進行表面改性，并研究其對保溫性能的影響。

關鍵詞：玻璃微珠;表面改性;氧化鈦;保溫性能

前言

隨著溫室效應帶來的全球氣候變暖的影響，現代建筑越來越多采用了制冷、空調、噴淋等隔熱降溫的方法以優化人居環境。由此產生的建筑能耗約占我國總能耗的30%-40%，建筑節能的研究受到了廣泛關注。從根源上講，太陽光首先輻射建筑物的外墻和屋頂產生熱量，而外墻涂料的保溫隔熱性能的優劣直接影響到建筑物阻隔太陽輻射的能力。

保溫隔熱外墻涂料中，玻璃微珠是主要成分之一，具有許多封閉的孔結構，因此導熱系數較小能夠達到保溫隔熱的效果。對玻璃微珠進行表面改性，使表面包裹一層氧化鈦，對紅外光有很好的反射，從而提高保溫隔熱的性能。本文引入不同含量的氧化鈦對玻璃微珠進行表面改性，并研究其對保溫性能的影響。

1實驗部分

1.1實驗材料和設備

材料：十二烷基苯磺酸鈉，四氯化鈦，氫氧化鈉，空心玻璃微珠，乙醇，乳膠，分散劑，消泡劑。

設備：高速勻質分散機，電熱恒溫水浴箱，Ph計，離心機，馬弗爐。

1.2實驗步驟

1.2.1玻璃微珠表面改性

（1）取5g空心玻璃微珠與蒸餾水制成10%的懸浮液，在恒溫水浴箱中用勻質分散機邊攪拌邊并加入5mL1%的十二烷基苯磺酸鈉溶液，保持水溫固定為55℃。重復上述的步驟，總共制備出三份溶液，分別編號a、b、c作為對照組。

（2）分別在a、b、c中分別緩慢滴加0.1g/mLTiCl4溶液130mL， 150mL，170mL。用10%的NaOH溶液始終維持體系的pH在3.0-3.5，包膜過程需5h。

（3）過濾和洗滌：在轉速2500r/min的離心機中分別用乙醇、去離子水進行洗滌5min。

（4）取出分離出來的漿液在70℃烘箱中干燥3-4h，并在650℃馬弗爐中煅燒2h。

（5）對煅燒過的試樣進行研磨，裝袋備用。

1.2.2涂料的制備

（l）稱量20g乳液，5g上述煅燒后的玻璃微珠，加入分散劑、消泡劑各一兩滴，適量的水分（約兩三滴），攪拌20min即可制備出a，b，c三組。其他組分含量不變，用Sg未改性的玻璃微珠再制備出涂料d組，進行空白對照。

（2）將上述a，b，c，d涂料分別涂覆在不銹鋼片上，要求厚度盡量一致。

1.2.3保溫隔熱性能的測試

250W紅外燈，泡沫隔熱密封箱，溫度探頭各4個。隔熱密封箱頂蓋開小孔，下面安裝溫度探頭，上面蓋上涂上涂料的不銹鋼片，然后用瓷片蓋上其它地方，只露出涂料位置。每個涂料片上面30cm安裝紅外燈，另外用隔熱板分別隔開，保證紅外燈不會輻射到另外三個。從室溫開始照射2h，記錄溫度變化。

1.3分析與討論

1.3.1溫度隨時間變化情況

由下圖可見，溫度大致變化情況是：穩定一升溫一穩定，同一時間點，d、a、b、c溫度依次降低，其中c組溫度最低（比空白組d低約2.5℃），這表明四組樣品中c組具有最好的保溫隔熱效果。

然而，c組和b組相差不大，可能是因為隨著氧化鈦含量增加，氧化鈦越不容易分散開來，玻璃微珠也產生更多的團聚，導致涂料保溫隔熱性能下降。

1.3.2掃描電鏡結果

如圖所示，經過處理的玻璃微珠表面的包裹狀態。可見經過處理的玻璃微珠被完好地包裹，不過有一定的團聚，隨著氧化鈦含量的增加，氧化鈦有更大的團聚趨向，這在一定程度會削減涂料的保溫隔熱性能。

1.3.3能譜分析

能譜分析顯示，樣品成功引入了氧化鈦。結合電鏡的分析，包裹玻璃微珠的物質正是氧化鈦。

1.3.4紫外可見光光譜分析

如圖，可見光區的曲線出現負值，可能是因為比色皿沒有清洗干凈，因此曲線總體下移。若不考慮比色皿之間的誤差，從兩條曲線可以看出，經過處理的玻璃微珠在紫外區的吸光度有所增大，即樣品對紫外光吸收有較大的增強。對照二氧化鈦的標準紫外光譜，在385nm左右的波長處也出現較大的吸光度。

2結論

通過電鏡分析、能譜分析和紫外可見光譜分析的結果顯示，本實驗成功地對玻璃微珠進行表面改性使包裹一層氧化鈦，并把它制成涂料，研究其保溫隔熱性能。經過紅外燈的輻射測試表明，隨著氧化鈦含量的增加，保溫隔熱效果也相應增加，但是當氧化鈦增加到一個臨界值時，容易發生團聚使保溫隔熱效果的增幅減小。