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(xiàn)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(yōu)化人居環(huán)境。由此產生的建筑能耗約占我國總能耗的30%-40%，建筑節(jié)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(yōu)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(wěn)定一升溫一穩(wěn)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(tài)?？梢娊涍^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(qū)的曲線出現(xiàn)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(qū)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(xiàn)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(fā)生團聚使保溫隔熱效果的增幅減小。