相變涂料研究進(jìn)展論文設(shè)計(jì)

第三章相變涂料性能的影響因素相變涂料主要是通過添加在涂料中的相變材料進(jìn)行吸熱和放熱，達(dá)到儲能保溫的目的，在建筑中應(yīng)用相變涂料使建筑物具有良好的調(diào)溫控溫性能，如果室內(nèi)溫度超過了相變溫度，相變涂料就會吸收室內(nèi)環(huán)境的熱能來達(dá)到降低溫度并且還達(dá)到了儲存能量的方法；反之，如果室內(nèi)溫度很低時，相變涂料就會釋放熱量從而提高并維持室內(nèi)環(huán)境溫度。其中，相變涂料吸收或釋放的熱量越多，調(diào)溫控溫性能就越好。而不同的制備方法會對相變涂料的性能產(chǎn)生一定的影響。3.1影響調(diào)溫控溫性能的因素在制備相變涂料時，不同的制備工藝會對相變涂料的性能產(chǎn)生一定的影響，主要影響涂料相變儲能以及調(diào)溫的原因有時間、微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)、涂層面積、相變材料含量、微膠囊芯壁比、涂層厚度等。3.1.1涂層厚度崔錦峰[18]對相變涂料性能的研究中分別制備了平均涂層厚度為0.5mm，0.7mm，1.0mm和1.2mm的樣品，依此編號為g、h、i、j，把它們放在保溫箱里，測得不同時間段各箱內(nèi)溫度變化曲線，發(fā)現(xiàn)在前25分鐘左右的上升溫度的趨勢中，各個溫度的區(qū)別沒有太大；上升溫度大概在30分鐘以后，由于g、h箱內(nèi)溫度變化幅度逐步上升，i、j箱內(nèi)溫度在較低溫度階段的時候，也都是同樣的情況。i、j箱內(nèi)溫度更人體舒適溫度更加接近約在25攝氏度，g、h箱內(nèi)溫度在比較下可能會更高一些。此外，i、j箱內(nèi)溫度變化幅度不會太大，由此說明當(dāng)涂層的厚度超過一定厚度時，它的調(diào)溫性能就會比較穩(wěn)定的。所以從綜合方面考慮，在涂料的涂層厚度在1mm時為最佳厚度。喻樹娟[5]研制了一組相同配方但是卻在相變涂層的厚度不一樣，檢驗(yàn)其在相對的環(huán)境溫度下涂層的控溫曲線幅度，從試驗(yàn)中可以看出當(dāng)溫度從室內(nèi)溫度增加到60℃時，610μm相變涂層損耗時間在190s，874μm相變涂層損耗時間為290s，而982μm相變涂層在330s左右，所以，如果相變涂層越厚，要從室內(nèi)溫度上升到穩(wěn)定溫度所需要的時間就會越久，就是涂層控溫的效果與環(huán)境溫度呈正比趨勢，并且在不同厚度相變涂層之間的溫度就會產(chǎn)生較大的差異。因此，涂層厚度與涂層控溫性能的也成正比。3.1.2涂層面積喻樹娟[5]通過研制了一組相同配方但是卻在相變涂層的厚度不一樣發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)裝置測定相對環(huán)境溫度下涂層的控溫曲線，從中可以看出不同面積涂層從室內(nèi)溫度增加至穩(wěn)定溫度時，在溫度60℃的環(huán)境下，從室溫上升到穩(wěn)定溫度5×2.5cm2涂層一共消耗了80s，5×5cm2涂層一共需要時間130s，而5×8.5cm2涂層則在260s左右，由此可見，相變涂層面積與室溫升高至穩(wěn)定溫度所用時間呈正比，由于其他環(huán)境溫度下也有一樣的規(guī)律，說明涂層面積越大，它的控溫效果也會越好。在溫度為60℃的環(huán)境條件下不同面積涂層的控溫曲線差異較大，在150s時，5×2.5cm2涂層和5×8.5cm2涂層的溫度相差在7.2℃，而在80℃和100℃下由于這兩者最大溫差在3.8℃左右，故從中可以發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度越高，涂層面積對涂層控溫性能的影響也會很小。3.1.3相變材料含量喻樹娟[5]研制了一組相同厚度不同相變材料含量的相變涂層，在一定的環(huán)境溫度(80℃)下測出了涂層的控溫曲線，對相變材料加入量與涂層控溫之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。在環(huán)境溫度為40℃之前三者的升溫趨勢基本上是保持一致的，這表明相變涂料還沒達(dá)到相變溫度，相變材料幾乎沒有發(fā)揮作用，在環(huán)境溫度為40℃之后相變材料含量對涂層表面溫度的影響相對而言較為明顯一些，增加相變材料加入量，可以使涂層的升溫時間延長，并且相變材料的含量與最終的穩(wěn)定溫度呈反比趨勢，所以可以得出結(jié)論，在不影響涂層機(jī)械性能的情況下，如果涂層中相變材料含量越高導(dǎo)致相變涂料的調(diào)溫儲熱性能也會越好。張翮[19]等人根據(jù)試驗(yàn)研究相變涂料的性能發(fā)現(xiàn)相變涂料的相變溫度如果在26℃至27.5℃之間時，伴隨著微膠囊加入量從10wt%上升到30wt%時，相變涂料的相變潛熱就會從11.2J/g上升至51.4J/g，大約提高了3.6倍左右，從中可以發(fā)現(xiàn)，相變微膠囊的加入量對相變涂料的調(diào)溫儲熱性能存在著一定的影響。施燁挺[20]通過在試驗(yàn)中分別研制不同相變材料微膠囊加入量的涂層，研究了各涂層的調(diào)溫儲熱性能。把添加了相變材料微膠囊的涂層與沒有添加相變材料微膠囊的涂層進(jìn)行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)降溫曲線均在相變材料的相變點(diǎn)大約在28℃附近發(fā)生了平臺，而且相變材料微膠囊的加入量越高平臺越寬。此外，相變材料微膠囊摻量越多，從38℃降溫降低到18℃所以需要的時間也會比較長。由此可以得出結(jié)論，相變微膠囊材料的加入量對相變涂料的調(diào)溫儲熱性能存在著一定的影響效果。于建香[9]將微膠囊相變材料按照一定比例分別加入到每個涂料中并且混合均勻，如果相變涂料微膠囊加入量很大則相變潛熱就越大。當(dāng)微膠囊相變材料的加入量在15%時，相變涂料的潛熱也會增大，并且涂膜表面保存安好。從中可以發(fā)現(xiàn)，微膠囊加入量對相變涂料調(diào)溫儲熱性能也存在著一的的影響效果。3.1.4微膠囊芯壁比崔錦峰[18]等人在試驗(yàn)中得出微膠囊芯壁比會對相變涂料的調(diào)溫儲熱性能產(chǎn)生較大的影響，將芯壁比為1.2:1的微膠囊與涂料混合制備成的一種相變涂料可以在比較長的時間里將箱內(nèi)溫度調(diào)節(jié)在25℃（人體最佳舒適溫度）左右，這時候相變涂料的調(diào)溫儲熱性能最佳。芯壁比越高，微膠囊與芯材的相變潛熱也會很接近，并且相變涂料的調(diào)溫儲熱能力也會越強(qiáng)。但是芯壁比與包覆率呈反比趨勢,而且微膠囊中可能會含有一定摻量的空殼壁材,導(dǎo)致其芯材實(shí)際加入量減少，從而使涂料的調(diào)溫蓄熱能力降低。3.1.5干燥時間于建香[9]通過測試發(fā)現(xiàn)涂層的放置時間增加，涂層的相變潛熱可能會發(fā)生降低，10d之內(nèi)相變涂料的相變焓降低了5.58%左右，伴隨著放置時間的延長，相變涂料的相變溫度沒有產(chǎn)生太大的變化，從中可以發(fā)現(xiàn)微膠囊在涂料中的基本性能很穩(wěn)定，沒有太大的變化。3.2影響流動和成膜性能的因素在制備相變涂料時，必須要保證相變涂料的調(diào)溫控溫性能，同時還要兼顧相變涂料的流動和成膜性能，而不同的制備方法會對相變涂料的流動和成膜性能造成一定的影響，其影響因素主要包括相變材料含量、涂層厚度、干燥時間等。3.2.1涂層厚度劉成樓[22]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)涂層厚度過薄對相變涂料性能造成的不良影響會以多種方式表現(xiàn)出來，相變涂料的成膜性能與其涂層厚度直接相關(guān)，較薄涂層沒有由相同涂料形成的厚涂層成膜性能好，流動性能相比也較差，因此，相變涂層的厚度與相變涂料的流動性之間有直接的影響關(guān)系。3.2.2相變材料含量張翮[19]等人通過性能研究發(fā)現(xiàn)相變涂料的流動和成膜性能也受微膠囊用量的影響。當(dāng)相變微膠囊含量超過15wt%時，涂層表面粗糙，力學(xué)性能嚴(yán)重下降。因此在設(shè)計(jì)相變調(diào)溫建筑涂料時必須兼顧相變潛熱和成膜性能，本實(shí)驗(yàn)以15wt%的用量為宜，其相變潛熱為15.7J/g。席滿意[21]在微膠囊添加量對涂層性能影響試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，微膠囊的添加量與相變涂料的性能之間有一定的影響關(guān)系，隨著微膠囊添加量增加，相變涂料的附著力產(chǎn)生下降，即成膜性下降。微膠囊添加的過多，相變涂料的成膜性能就會變差，相變涂層難以成型。于建香[19]通過相變涂料性能測試發(fā)現(xiàn)，在制備中隨著微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，相變涂料的黏度變大，微膠囊與相變涂料之間的相容性也變得越來越差，涂層表面也漸漸變得不平整，涂層難以成膜，經(jīng)過試驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)往涂料中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的微膠囊時，涂層表面薄厚不均勻的現(xiàn)象開始出現(xiàn)，甚至開始開裂，當(dāng)往涂料中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過15%的微膠囊時，相變涂料的流動和成膜性能開始變差。3.2.3干燥時間張雯華[23]等人根據(jù)相變涂料性能測試發(fā)現(xiàn)，通過控制溶劑的揮發(fā)速度，使相變涂料一直維持低粘度液態(tài)的狀態(tài)，時間越長對涂膜的流平越有利，通俗的說利用控制溶劑的揮發(fā)速度可以獲得良好的流動性。相對于涂料來說，如果溶劑的溶解參數(shù)不同，溶解力也不同，溶解力與涂料固含量、流平性、涂膜豐滿度等都呈上升趨勢，但是粘度會很低。混合溶劑的溶解參數(shù)要和樹脂匹配。混合溶劑很大部分是由助溶劑、稀釋劑和真溶劑等組成，并且在溶劑揮發(fā)時一定要維持揮發(fā)處于平衡狀態(tài)，當(dāng)溶劑揮發(fā)到最后時，真溶劑占比較大。這樣可以保證涂膜在干燥過程中粘度不會發(fā)生突變，還保持在平衡增長的狀態(tài)，對相變涂料的流動性能是存在著一定的控制作用。表1相變涂料性能的影響因素影響因素調(diào)溫控溫性能流動和成膜性能涂層厚度相變涂層厚度越厚，室內(nèi)溫度到達(dá)恒定溫度所需的時間越長，即控溫效果越好，當(dāng)涂層達(dá)到一定厚度時，其調(diào)溫控溫性能會處于相對恒定。涂層厚度越厚，相變涂料的流動和成膜性能越好，涂層厚度越薄，相變涂料的流動和成膜性能越差。涂層面積相變涂層面積越大，從室溫升高至穩(wěn)定溫度所用時間越長，其控溫效果越好。無相變材料含量相變材料含量增加能夠延長涂層的升溫時間，且相變材料含量越大最終的穩(wěn)定溫度越低，因此在不影響涂層機(jī)械性能的情況下涂層中相變材料含量越高對控制溫度越有利。微膠囊加入的過多，微膠囊與相變涂料的相容性越來越差，涂膜難以成型，故相變涂料的流動和成膜性能下降。微膠囊芯壁比芯壁比越高，微膠囊與芯材的相變潛熱越接近，相變涂料的調(diào)溫控溫能力越強(qiáng)。無干燥時間隨著時間的增加，相變涂料相變潛熱略有下降，但相變溫度沒有太大變化。通過控制溶劑的揮發(fā)速度可獲得適宜的流動性。

第四章相變涂料的應(yīng)用相變涂料以其優(yōu)良的保溫儲能等性能，在建筑及航天航空等多個領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛的應(yīng)用。4.1建筑領(lǐng)域張璐丹[22]等人對其他條件都相同，但一間涂了相變涂料還有一間未涂相變涂料的兩件房間進(jìn)行了對比試驗(yàn)，通過測試發(fā)現(xiàn)涂過相變涂料的房間比沒涂過相變涂料的房間的最高溫度低6.8℃，最低溫度高2.2℃；涂過相變涂料的房間比沒涂過相變涂料的房間達(dá)到最高溫度的時間晚了2.5h，最低溫度的時間晚了約1.5h。這表明相變涂料在建筑中的應(yīng)用改善了房間的溫度條件，提高了室內(nèi)溫度的舒適度。再通過對比這兩個房間的耗電量，發(fā)現(xiàn)刷了相變涂料的房間比沒刷相變涂料的房間在一天運(yùn)行耗電量最大的6個小時內(nèi)節(jié)能約26%。楊保平[6]等用相變微膠囊材料作為功能性填料，將相變微膠囊材料添加到涂料體中，成功制備了具有相變調(diào)溫功能的涂料，這種應(yīng)用手段成為相變材料一種重要的研究領(lǐng)域。王艷等[23]結(jié)合可超臨界流體與撞擊流技術(shù)結(jié)合,提出了超臨界撞擊流技術(shù)。以石蠟和玻璃微珠為包覆型材料的壁材和芯材制備了分散性好的相變涂料。Axel[24]等利用陶瓷包覆相變材料制備了相變保溫涂料。將這些相變涂料涂覆于建筑物表面可以起到很好的保溫儲能節(jié)能作用。4.2航天航空領(lǐng)域由于外太空的溫度環(huán)境與地球不同，它屬于極冷或者極熱的環(huán)境，因此對航天飛行器的材料要求特別高，而普通的涂料在太空這種溫度環(huán)境無法適應(yīng)，因此，需要研制出一種特殊材料來滿足航天飛行器的這種高要求，相變涂料自身具有的一些優(yōu)異性能在這種惡劣環(huán)境中可以得到很好的應(yīng)用，我國進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，科學(xué)家們經(jīng)過不斷的研究，相變涂料已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)際運(yùn)用階段。目前，人們通過溫控系統(tǒng)來調(diào)節(jié)航天飛行器的溫度。被動調(diào)溫系統(tǒng)是指具有特定光學(xué)性能的溫控涂料，它的優(yōu)點(diǎn)是施工方便、重量輕，缺點(diǎn)是它的功能參數(shù)不能隨環(huán)境的變化而改變。主動調(diào)溫系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是它的調(diào)溫功能可以隨環(huán)境改變而改變，但是它的機(jī)械結(jié)構(gòu)容易出故障，相比被動調(diào)溫系統(tǒng)而言它顯得更加笨重。因此通過溫控系統(tǒng)來調(diào)節(jié)航天飛行器的溫度的方法的應(yīng)用沒有那么廣泛。而相變涂料則取之所長，棄之所短，不僅施工方便，重量輕，而且功能參數(shù)還能隨環(huán)境的變化自動改變。據(jù)美國國家航空和航天局下屬的蘭萊研究中心報道，相變涂料從漫射態(tài)轉(zhuǎn)變到透明態(tài)，涂層對陽光的吸收率與發(fā)射率之比將減少約50%[25]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)及人民生活的需要,保溫隔熱技術(shù)的需要迅速提升,各種保溫隔熱材料相繼開發(fā)并投入市場，而作為一種新的隔熱保溫材料相變涂料的開發(fā)及應(yīng)用受到了普遍重視，它具有良好的保溫儲熱性能，將其運(yùn)用到人類生活中將起到節(jié)能環(huán)保的作用。建筑上使用相變材料主要集中在內(nèi)墻涂料領(lǐng)域，通過將具有蓄熱功能的相變材料填充于涂料中，通過相變材料對室內(nèi)溫度的吸收和釋放，從而使建筑物室內(nèi)溫度恒定在一個固定值。但是現(xiàn)有相變保溫涂料調(diào)溫性能、蓄熱性能還達(dá)不到要求，并且相變材料自身存在體積變化，容易出現(xiàn)相變材料泄露、相分離等問題，從而影響相變涂料的調(diào)溫性能，因此相變涂料性能方面存在的欠缺還需進(jìn)行進(jìn)一步的研究與提升，才能在未來人類生活中得到更好更廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[1]徐峰.對我國建筑保溫隔熱涂料應(yīng)用與發(fā)展的幾點(diǎn)認(rèn)識[J].上海涂料，2005，（11）：32-34.[2]張璐丹,韓旭,李永.相變微膠囊涂料在建筑中應(yīng)用的節(jié)能分析[J].建筑節(jié)能,2017,45(11):46-48.[3]郭家振.相變涂料在熱收縮制品上的應(yīng)用[J].塑料工業(yè),1991(06):51-52.[4]尚建麗,張浩.微膠囊相變材料制備技術(shù)及其在涂料中的應(yīng)用[J].化工新型材料,2015,43(04):242-244.[5]喻樹娟.石蠟基相變材料在紅外低輻射涂層中的應(yīng)用研究[D].南京航空航天大學(xué),2014.[6]楊保平,席滿意,崔錦峰,等.相變微膠囊的制備及其在涂料中的應(yīng)用研究[J].當(dāng)代化工,2014,43(01):32-35.[7]Hawlader.Areviewonenergyconservationinbuildingapplicationswiththermalstoragebylatentheatusingphasechangematerials[J].EnergyConversionandManagement,2004.[8]F.Pitie,C.Y.ZhaoandG.Caceres.Thermo-mechanicalanalysisofceramicencapsulatedphase-changematerial(PCM)particles[J].Energy&EnvironmentalScience,2011,4,2117～2124.[9]于建香,劉太奇,王茜.微膠囊自調(diào)溫相變涂料的制備及表征[J].北京石油化工學(xué)院學(xué)報,2013,21(01):5-7.[10]馬建春,胡家暉.熱反射隔熱涂料和相變涂料研究及應(yīng)用[J].隔熱涂料，2009,21(11):32-34.[11]郭萍.蓄熱保溫內(nèi)墻水性乳膠漆的研制[D].大連工業(yè)大學(xué),2015.[12]吳輔豐.淺談無溶劑涂料[J].中國涂料,2002,(4):19-21.[13]朱則剛.活性溶劑涂料及其未來發(fā)展[J].化學(xué)工業(yè),2014,32(11):7-10.[14]周榮華.多功能涂料助劑在消除涂料缺陷中的應(yīng)用[J].上海涂料,2009,47(10):40-42.[15]廖興明.顏料--涂料的重要組成部分[J].涂裝與電鍍,2006,(2):13-18.[16]李利君.顏料鋁粉的表面包覆改性及在涂料中的應(yīng)用[D].華南理工大學(xué),2008.[17]丁浩,崔程琳,孫思佳.SiO2-TiO2復(fù)合顏料在涂料中的應(yīng)用研究[J].涂料工業(yè),2005,(11):60-64.[18]崔錦峰,馬永強(qiáng),郭軍紅,等.