涂料中玻璃微珠的表面改性及其保温性能的研究

蒋平 梅鸿辉

摘要：保温隔热涂料的主要成分之一是玻璃微珠，因其具有许多封闭的孔结构，能够使热量传播速度减慢，从而达到保温隔热的效果。对玻璃微珠进行表面改性，使表面包裹一层氧化钛，对红外光有很好的反射，从而提高保温隔热的性能。本文引入不同含量的氧化钛对玻璃微珠进行表面改性，并研究其对保温性能的影响。

关键词：玻璃微珠;表面改性;氧化钛;保温性能

前言

随着温室效应带来的全球气候变暖的影响，现代建筑越来越多采用了制冷、空调、喷淋等隔热降温的方法以优化人居环境。由此产生的建筑能耗约占我国总能耗的30%-40%，建筑节能的研究受到了广泛关注。从根源上讲，太阳光首先辐射建筑物的外墙和屋顶产生热量，而外墙涂料的保温隔热性能的优劣直接影响到建筑物阻隔太阳辐射的能力。

保温隔热外墙涂料中，玻璃微珠是主要成分之一，具有许多封闭的孔结构，因此导热系数较小能够达到保温隔热的效果。对玻璃微珠进行表面改性，使表面包裹一层氧化钛，对红外光有很好的反射，从而提高保温隔热的性能。本文引入不同含量的氧化钛对玻璃微珠进行表面改性，并研究其对保温性能的影响。

1实验部分

1.1实验材料和设备

材料：十二烷基苯磺酸钠，四氯化钛，氢氧化钠，空心玻璃微珠，乙醇，乳胶，分散剂，消泡剂。

设备：高速匀质分散机，电热恒温水浴箱，Ph计，离心机，马弗炉。

1.2实验步骤

1.2.1玻璃微珠表面改性

（1）取5g空心玻璃微珠与蒸馏水制成10%的悬浮液，在恒温水浴箱中用匀质分散机边搅拌边并加入5mL1%的十二烷基苯磺酸钠溶液，保持水温固定为55℃。重复上述的步骤，总共制备出三份溶液，分别编号a、b、c作为对照组。

（2）分别在a、b、c中分别缓慢滴加0.1g/mLTiCl4溶液130mL， 150mL，170mL。用10%的NaOH溶液始终维持体系的pH在3.0-3.5，包膜过程需5h。

（3）过滤和洗涤：在转速2500r/min的离心机中分别用乙醇、去離子水进行洗涤5min。

（4）取出分离出来的浆液在70℃烘箱中干燥3-4h，并在650℃马弗炉中煅烧2h。

（5）对煅烧过的试样进行研磨，装袋备用。

1.2.2涂料的制备

（l）称量20g乳液，5g上述煅烧后的玻璃微珠，加入分散剂、消泡剂各一两滴，适量的水分（约两三滴），搅拌20min即可制备出a，b，c三组。其他组分含量不变，用Sg未改性的玻璃微珠再制备出涂料d组，进行空白对照。

（2）将上述a，b，c，d涂料分别涂覆在不锈钢片上，要求厚度尽量一致。

1.2.3保温隔热性能的测试

250W红外灯，泡沫隔热密封箱，温度探头各4个。隔热密封箱顶盖开小孔，下面安装温度探头，上面盖上涂上涂料的不锈钢片，然后用瓷片盖上其它地方，只露出涂料位置。每个涂料片上面30cm安装红外灯，另外用隔热板分别隔开，保证红外灯不会辐射到另外三个。从室温开始照射2h，记录温度变化。

1.3分析与讨论

1.3.1温度随时间变化情况

由下图可见，温度大致变化情况是：稳定一升温一稳定，同一时间点，d、a、b、c温度依次降低，其中c组温度最低（比空白组d低约2.5℃），这表明四组样品中c组具有最好的保温隔热效果。

然而，c组和b组相差不大，可能是因为随着氧化钛含量增加，氧化钛越不容易分散开来，玻璃微珠也产生更多的团聚，导致涂料保温隔热性能下降。

1.3.2扫描电镜结果

如图所示，经过处理的玻璃微珠表面的包裹状态。可见经过处理的玻璃微珠被完好地包裹，不过有一定的团聚，随着氧化钛含量的增加，氧化钛有更大的团聚趋向，这在一定程度会削减涂料的保温隔热性能。

1.3.3能谱分析

能谱分析显示，样品成功引入了氧化钛。结合电镜的分析，包裹玻璃微珠的物质正是氧化钛。

1.3.4紫外可见光光谱分析

如图，可见光区的曲线出现负值，可能是因为比色皿没有清洗干净，因此曲线总体下移。若不考虑比色皿之间的误差，从两条曲线可以看出，经过处理的玻璃微珠在紫外区的吸光度有所增大，即样品对紫外光吸收有较大的增强。对照二氧化钛的标准紫外光谱，在385nm左右的波长处也出现较大的吸光度。

2结论

通过电镜分析、能谱分析和紫外可见光谱分析的结果显示，本实验成功地对玻璃微珠进行表面改性使包裹一层氧化钛，并把它制成涂料，研究其保温隔热性能。经过红外灯的辐射测试表明，随着氧化钛含量的增加，保温隔热效果也相应增加，但是当氧化钛增加到一个临界值时，容易发生团聚使保温隔热效果的增幅减小。