玻璃用納米隔熱涂料的研究進(jìn)展

吳兵，海景，皮丕輝，程江,，楊卓如

（1.華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 廣州 510640；2.華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655）

玻璃用納米隔熱涂料的研究進(jìn)展

吳兵1，海景2，皮丕輝1，程江1,*，楊卓如1

（1.華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 廣州 510640；2.華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655）

納米氧化錫銻(ATO)等粒子是一種n型半導(dǎo)體材料，由其制成的膜具有很高的紅外屏蔽效果和良好的可見光區(qū)透過率。將納米ATO應(yīng)用于涂料中能夠制備出透明玻璃隔熱涂料，具有極高的應(yīng)用價值。本文對納米隔熱涂料的隔熱機(jī)理進(jìn)行了介紹，并對透明隔熱涂料的研究狀況、納米隔熱復(fù)合涂料的制備方法進(jìn)行了綜述。

隔熱涂料；氧化錫銻；納米顆粒；玻璃；節(jié)能

1 前言

當(dāng)前，節(jié)能和新能源探索已經(jīng)成為世界的重要課題。建筑能耗在人類整個能源消耗中所占的比例一般在30% ～ 40%，它們絕大多數(shù)是采暖和空調(diào)造成的能耗，而通過門窗散失的熱量約占整個建筑采暖及空調(diào)耗能的 50%。因此，提高門窗的保溫隔熱性能是降低建筑能耗的有效途徑[1]。為節(jié)約能源，人們發(fā)明了熱反射玻璃、中空玻璃、熱反射玻璃薄膜等節(jié)能方法，這些都是為了阻隔太陽光中多余的熱輻射而達(dá)到降溫的目的。但是這些產(chǎn)品有的隔熱效果不佳，有的可見光透過率較低，有的價格過于昂貴，因而在應(yīng)用推廣上有些困難。納米材料由于具有宏觀尺寸物體所沒有的性質(zhì)，能為新型涂料的研制帶來意想不到的效果而成為研究的熱點。研究發(fā)現(xiàn)，具有寬能隙的 n型半導(dǎo)體材料，如氧化銦錫(ITO)、氧化錫銻(ATO)、摻鋁氧化鋅(AZO)等，具有類似的光學(xué)性能，即在紅外光區(qū)有高的反射率、在可見光區(qū)有高的透過率、在紫外區(qū)有高的吸收率等，是理想的透明隔熱材料。把這種納米粒子應(yīng)用于涂料中，能夠制得既具有透明性，又具有隔絕紅外線的功能涂料。本文對玻璃隔熱涂料的隔熱機(jī)理、研究進(jìn)展、存在的問題和解決辦法進(jìn)行了介紹。

2 納米氧化錫銻等的隔熱機(jī)理與納米隔熱涂料

輻射到地球表面的太陽光光譜能量分布情況為：紫外區(qū)200 ～ 380 nm，占總能量的5%；可見光區(qū)380 ～780 nm，占總能量的45%；近紅外區(qū)780 ～ 2 500 nm，占總能量的 50%。因此，太陽光譜的能量主要集中在可見光區(qū)和近紅外區(qū)。納米半導(dǎo)體隔熱效果一方面與其本身的物理結(jié)構(gòu)有關(guān)，另一方面與其粉體微粒的粒徑有關(guān)。通常只有納米級的半導(dǎo)體才能起到透明隔熱的作用[2]。氧化錫銻等粒子是一種高密度、自由電子氣型材料，其存在的自由載流子能夠激發(fā)與氣體等離子體相類似的等離子體振動，因此可通過對半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜來增加其載流子的濃度，使摻雜后的半導(dǎo)體具有對太陽光譜中的紫外線具有強(qiáng)吸收、對可見光透明并能反射紅外線的功能[3]。半導(dǎo)體的摻雜一般有 2種方式：一是摻雜高價金屬，以替位方式形成施主雜質(zhì)，如五價Sb摻雜半導(dǎo)體SnO2、Sn摻雜半導(dǎo)體In2O3等；另一種摻雜是用非金屬元素F替位O產(chǎn)生電子施主來增加半導(dǎo)體的載流子濃度，如F摻雜半導(dǎo)體SnO2。目前，在透明隔熱功能填料中應(yīng)用較廣的半導(dǎo)體包括氧化鋅、氧化銦、氧化錫、氧化鎘及其摻雜體系[4]。黃寶元等[5]研究認(rèn)為，ATO納米涂層對太陽光的隔熱主要源于其對近紅外光的吸收(平均吸收率達(dá) 86%，僅反射4.5%)。何秋星等人研究認(rèn)為[6]，納米粒子隔熱作用是基于對紅外光的吸收。也有其他學(xué)者[7-9]研究了納米級半導(dǎo)體的粒徑、摻雜等因素對光譜選擇性的影響，取得了一定成果，但還未能形成統(tǒng)一的定論。

納米隔熱涂料主要用于窗體的節(jié)能，也可應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如：(1)應(yīng)用于汽車、火車、飛機(jī)的風(fēng)擋玻璃以及建筑物玻璃等，起到了很好的隔熱降溫作用，且無反射光污染；(2)涂覆于玻璃上，制成納米透明隔熱玻璃，包括單層玻璃、中空玻璃以及夾層玻璃；(3)涂覆于聚碳酸酯等透明樹脂上制成納米透明隔熱板材，其應(yīng)用場合非常廣泛，如可以做成汽車站頂上的透明隔熱板等；(4)涂覆于聚酯薄膜，制成透明隔熱貼膜，應(yīng)用于建筑及汽車窗玻璃[10]。

3 透明隔熱涂料的研究狀況

制備透明隔熱涂料的關(guān)鍵是選擇使用對太陽光譜具有選擇性的納米半導(dǎo)體材料，目前這類材料主要是納米氧化錫銻(ATO)和氧化銦錫(ITO)。其中，ATO因成本相對較低而成為市場可接受的產(chǎn)品。

3. 1 隔熱納米粒子粉體的合成方法

目前，國內(nèi)外對隔熱納米粒子粉體的研究較多，這些納米半導(dǎo)體粉體的合成方法主要有共沉淀法、水熱法、溶膠–凝膠法、固相法等。

3. 1. 1 共沉淀法

共沉淀法是在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合，在混合溶液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯┦构泊嬗谌芤褐械慕饘訇栯x子沉淀，再將沉淀物洗滌、干燥或鍛燒，制得相應(yīng)的納米粉體。J. P. Coleman等[11]用SnCl4·5H2O配成溶液，然后與相應(yīng)量的SbCl5及濃鹽酸混合，接著滴入NaOH溶液，使終點pH為2，過濾洗滌后將濾餅在60 °C下真空干燥，并在600 °C煅燒3 h，接著在空氣中迅速冷卻，得到 ATO超微粉體。Kim等[12]以SnC14·5H2O和 SbCl3為原料，以甲醇為介質(zhì)、氨水為沉淀劑，制得無硬團(tuán)聚、低軟團(tuán)聚的納米ATO微粉，并討論了甲醇在低團(tuán)聚納米ATO微粒的形成以及前體微粒抗團(tuán)聚中的重要作用。該研究表明，甲醇比水更低的表面張力是消除前驅(qū)體粒子間的氫鍵以及毛細(xì)管作用的關(guān)鍵因素，它阻止了粒子在干燥、燒結(jié)過程中由于架橋作用而形成硬團(tuán)聚的發(fā)生。該工藝以甲醇取代水作為反應(yīng)介質(zhì)，消除水為介質(zhì)引起的氫鍵等不利影響，但缺點是甲醇易燃、易爆，且比水貴。然而通過優(yōu)化工藝、充分回收溶劑并提高生產(chǎn)的安全性，該工藝應(yīng)該具有較好的工業(yè)化前景。整體而言，共沉淀法是制備納米ATO粒子的一種便捷方法，具有制備工藝簡單、制備條件易控、合成周期短、成本低等優(yōu)點，易于工業(yè)化生產(chǎn)。但是用這種方法制備的粉末易團(tuán)聚，粒子粒徑分布范圍較寬。

3. 1. 2 水熱法

水熱法是在特制的密閉反應(yīng)容器里，采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，通過對反應(yīng)器加熱，創(chuàng)造一個高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并且重結(jié)晶的一種制備粉末的方法。Bai等[13]以SnC12·5H2O和SbCl2為初始原料，在100 ～ 350 °C的溫度內(nèi)采用程序升溫的方法一步合成得到單分散的ATO懸浮液。研究結(jié)果顯示，ATO粒子的粒徑為10 ～15 nm，粒徑分布窄。程序升溫工藝提高了Sb的摻雜水平，實現(xiàn)了較低溫度下的單分散摻雜氧化物粒子。馮博等[14]采用水熱法制備納米ATO粉體，發(fā)現(xiàn)在摻雜濃度為11%、水熱反應(yīng)溫度為180 °C、反應(yīng)壓力為1 MPa、熱處理溫度為700 °C、熱處理時間2 h的條件下，制備的納米 ATO粉體性能達(dá)到最佳，晶粒度在20 nm左右。張建榮等[15]以草酸亞錫和酒石酸銻鉀為原料，在260 °C用高溫水熱法一步合成了具有納米結(jié)構(gòu)和單分散的ATO，消除了其他方法難以克服的粉體嚴(yán)重團(tuán)聚的缺點。

3. 1. 3 溶膠–凝膠法

溶膠–凝膠法的基本原理是將金屬醇鹽或無機(jī)鹽經(jīng)水解直接形成溶膠或經(jīng)解凝形成溶膠，然后使溶質(zhì)聚合凝膠化，再將凝膠干燥、焙燒，去除有機(jī)成分，其基本的反應(yīng)有水解反應(yīng)和聚合反應(yīng)。該方法可在低溫下制備純度高、粒徑分布均勻、化學(xué)活性高的單或多組分混合物(可達(dá)分子級混合)，并可制備傳統(tǒng)方法不能或難以制備的產(chǎn)物，特別適于制備非晶態(tài)材料。溶膠–凝膠法是合成超微顆粒的一種有效方法，但是膠體的某些性質(zhì)妨礙超微粒子的生成。尤其是在脫水時，常常由于表面張力的存在，使孔結(jié)構(gòu)坍塌，粒子凝聚，粒徑變大。龔圣等[16]以無機(jī)鹽SnCl4·5H2O和SbCl3為初始原料，以乙醇作為溶劑，采用溶膠–凝膠法結(jié)合超臨界流體干燥(SCFD)技術(shù)制備了疏松、摻雜良好、具有四方型結(jié)構(gòu)的納米ATO粒子，粒徑15 ～ 30 nm，分散性好。徐麗金等[17]用溶膠–凝膠法制備了ATO粉末，并研究了熱處理時間、焙燒溫度、銻離子濃度對粉體的影響。

3. 1. 4 固相法

固相法是將粉體原料按一定的比例充分混合、球磨，過篩后煅燒即得到新相粉體材料。Bernardi等[18]用固相法直接將市場上銷售的分析純 SnO2和 Sb2O3混勻、超微碾磨，然后在800 ～ 1 200 °C的溫度下進(jìn)行熱處理，得到灰色ATO 粉末。研究發(fā)現(xiàn)，制得的納米粉體反應(yīng)性低，必須在1 000 °C以上焙燒，才能得到單相ATO 納米粒子。固相摻雜方法簡單方便，但是能耗大，同時高溫往往會引起組分的嚴(yán)重?fù)]發(fā)和偏析，而且產(chǎn)品的粒度較大，形貌很不規(guī)則。

除上述方法外，D. W. Jung等[19]在常溫常壓下以SnCl4和SbCl5為原料，通過直流電弧等離子噴射的方法制得了納米ATO粉體。通過控制ATO顆粒中Sb的摻雜量，并按其最佳工藝條件，制得平均粒徑為19 nm的ATO顆粒。

3. 2 納米粒子漿料的制備

納米ATO在涂料體系中的分散和穩(wěn)定是研制透明隔熱納米涂料的關(guān)鍵，而這方面的研究主要集中在納米粒子漿料的制備方面。華東理工大學(xué)對ATO漿料的制備進(jìn)行了研究，探討了漿料穩(wěn)定的機(jī)理及分散劑的使用效果，但所制取的ATO漿料穩(wěn)定性不佳，貯存期一般只有2 ～ 3個月，主要應(yīng)用在織物防靜電等方面[20-21]。李彥峰等[22]選擇了不同的偶聯(lián)劑對納米 ATO粉體進(jìn)行表面改性，篩選出改性效果較好的KH570偶聯(lián)劑，并得出用量、反應(yīng)時間及反應(yīng)溫度對表面改性效果的影響。蔡昭軍等[23]研究了pH、分散劑種類及添加量等對ATO水漿分散穩(wěn)定性的影響，最終制得分散性、穩(wěn)定性均較好的納米ATO水漿。納米微粒的表面張力很大，很容易發(fā)生團(tuán)聚。因此，在分散納米粒子漿料時，通常采用高速研磨分散的方法，以便將聚集成團(tuán)的微粒分散。另外，分散后的納米微粒還必須具有很好的分散穩(wěn)定性。為此，必須選擇與體系相容性好的分散劑，通過分散劑與微粒表面鍵合，使微粒之間產(chǎn)生排斥力，再通過靜電排斥或空間位阻使微粒穩(wěn)定。此外，預(yù)先對粒子進(jìn)行表面改性，使粒子表面包覆一層低分子量的表面活性劑或聚合物穩(wěn)定劑，或者采用其他分散方法(如超聲波分散等)，也是值得研究的方向。

3. 3 納米隔熱涂料的制備

在納米隔熱涂料制備開發(fā)方面，美國和日本對透明隔熱納米涂料的開發(fā)研究起步較早，處于世界前列，其研究結(jié)果多以專利形式公布。美國的 Nanophase Technologies公司于2000年上半年用物理氣相合成方法制備了粒徑在11 ～ 44 nm的納米氧化銦錫粉體，并制得了穩(wěn)定分散的納米氧化銦錫粉體漿料。該漿料可直接應(yīng)用于涂料中，但其價格較高，每kg售價達(dá)到2 000美元。美國Air Products公司也生產(chǎn)納米ATO、ITO溶膠。世界知識產(chǎn)權(quán)組織公開的專利WO 00/09446介紹了納米氧化銦錫水分散體的制備方法以及用這種漿料制得的透明導(dǎo)電涂料。Takeda等[24]通過在樹脂基體中摻入ATO、ITO或LaB6，制備了能夠阻隔太陽能熱輻射的涂膜，該涂膜在可見光區(qū)具有高透過率，在近紅外區(qū)具有低透光率。日本三箭公司研制出一種可以過濾太陽輻射、不影響采光的高性能涂料。目前，該涂料在日本已廣泛應(yīng)用于建筑物玻璃的節(jié)能降耗處理，涂膜后的普通玻璃能夠在不影響采光的前提下，削減 68%的紅外線和 95%的紫外線[25]。Chonan和Kuno[26]將ATO隔熱漿料與丙烯酸紫外光(UV)固化樹脂混合，制得隔熱涂料，將其涂在聚酯(PET)膜上，在80 °C條件下烘烤30 s，然后用紫外光照射讓隔熱涂料固化，所得涂膜使太陽輻射透過率少于 56.5%。Nishihara等[27]采用共沉淀法制備了納米ATO和ITO，并與合成樹脂復(fù)配得到在可見光區(qū)透光率大于 80%、在近紅外區(qū)透過率很低的透明隔熱涂料。Kaneko等[28]采用無機(jī)半導(dǎo)體納米粉體SnO2、ITO、ATO與聚丙烯酸酯所形成的復(fù)合涂料，在可見光區(qū)幾乎沒有吸收，對太陽光輻射有較好的阻隔作用。

近幾年，國內(nèi)公司和科研單位也在納米隔熱涂料制備方面做了許多有益的探索。南京工業(yè)大學(xué)趙石林教授較早對透明隔熱涂料進(jìn)行了研究，包括ATO、ITO隔熱涂料的研制，取得了一定的研究成果[29-30]。北京國邦以無機(jī)醇溶透明樹脂為成膜物，將其與分散性良好的納米級導(dǎo)電氧化物(TCO)相混合，制得透明絕熱涂料，其對可見光的透過率達(dá) 75%，對紅外線的阻隔率可達(dá) 72%。潤和科技研發(fā)的玻璃用透明隔熱涂料是一種黏度較小的藍(lán)色水性涂料(黏度＜100 Pa·s)，其施工方法簡單，采用淋涂的方法涂覆，涂覆后在室溫下放置約15 min后可表干[31-32]。2005年，江蘇晨光涂料有限公司[33-34]就開發(fā)出了玻璃納米透明隔熱涂料，其透光率在可見光區(qū)達(dá)75%以上，紅外屏蔽率高于61%，并在中央電視臺節(jié)能改造工程主樓2 000 m2的窗玻璃上使用，可節(jié)能20% ～ 30%。上海滬正納米科技有限公司[35]也有水性和油性透明隔熱涂料出現(xiàn)在市場上。據(jù)報道，其可見光透過率為75% ～ 89%，紫外線屏蔽率95%，紅外阻隔率高于75%，對比溫差達(dá)6 ～ 12 °C。深圳市多納科技有限公司[36]生產(chǎn)的透明隔熱涂料的可見光透過率為75%，紫外線屏蔽率為99%，紅外阻隔率達(dá) 75%。該公司還開發(fā)出了透明隔熱涂膜玻璃。姚晨等[10]研制了納米透明隔熱涂料，并與高透、低透的LOW-E玻璃進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)該涂料涂膜具有良好的太陽光譜選擇性，在可見光區(qū)的透過率為 78%，紅外阻隔率為61%。目前，國內(nèi)從事ATO等納米粉體及其分散液制備和納米隔熱涂料制備的公司越來越多，為隔熱涂料的發(fā)展奠定了很好的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)，但離市場化還有一段距離。

4 納米隔熱復(fù)合涂料的制備方法

納米隔熱復(fù)合材料的制備主要有 4種方法：原位聚合法、共混法、溶膠–凝膠法、插層法[3,37-38]。

4. 1 原位聚合法

該方法首先將納米粒子分散在單體溶液中，然后使單體進(jìn)行聚合。該方法的反應(yīng)條件溫和，粒子在單體中分散均勻，但其使用有較大的局限性。因為該方法僅適合于含有金屬、硫化物或氫氧化物膠體粒子的溶液中的單體分子進(jìn)行原位聚合制備納米復(fù)合涂料。此外，進(jìn)行原位聚合一般需要對粒子進(jìn)行表面改性，常用作表面改性劑的化合物有有機(jī)酸、偶聯(lián)劑、表面活性劑、超分散劑、聚合物等。選擇表面改性劑時遵守以下原則：表面改性劑必須與納米粒子表面具有較好的鍵合能力，必須與溶劑具有較好的潤濕行為并與樹脂具有較好的相容性。只有綜合考慮這 3個因素，才能得到適合納米涂料體系的最佳表面改性劑。Erdem等[39]將TiO2粒子加入苯乙烯和穩(wěn)定劑OIOA370的混合物中，超聲分散得到含有無機(jī)粒子的微乳液液滴，接著進(jìn)行聚合反應(yīng)，無機(jī)粒子能夠部分被包覆。胡津昕等[40]研究了以聚氨酯(PU)、鈦酸四丁酯(TNB)、三乙胺、乙醇為主要原料，采用原位聚合法制備聚氨酯–二氧化鈦水分散復(fù)合物(PU–TiO2)，觀察、表征了分散體的粒徑大小、分布及PU–TiO2復(fù)合物膜的表面形態(tài)。結(jié)果顯示，PU–TiO2水分散復(fù)合物具有良好的穩(wěn)定性和光學(xué)透明性。

4. 2 溶膠–凝膠法

溶膠–凝膠技術(shù)是一種由金屬有機(jī)化合物、金屬無機(jī)化合物或上述兩者混合物經(jīng)過水解縮聚過程，然后經(jīng)過凝膠化或相應(yīng)的后處理而獲得氧化物或其他化合物的技術(shù)[41]。一般以烷氧基有機(jī)硅烷和金屬烷氧基化合物為原料，在催化劑的作用下，水解縮聚成透明的膠體分散液，并可添加顏料、填料等助劑，涂覆后可在較低溫度下固化成膜。其主要反應(yīng)過程可分為混合、凝膠化、陳化、干燥。

4. 3 共混法

共混法是通過物理方法使納米粒子直接均勻分散到成膜物中。該法的優(yōu)點是易于控制粒子的尺寸和形態(tài)，不足之處是難以解決納米粒子的團(tuán)聚問題，即難以保證納米粒子在聚合物基料中的均勻分散。大部分納米材料具有高的表面能，可吸附外來物質(zhì)(如水)并與之反應(yīng)，形成表面羥基層[42]。該羥基層親水疏油的性質(zhì)易導(dǎo)致納米材料與涂料的相容性差，從而嚴(yán)重影響其在涂料中的分散性和穩(wěn)定性。因此，對納米材料進(jìn)行表面修飾，改變其表面狀態(tài)，提高與涂料的相容性，是制備隔熱納米復(fù)合涂料的關(guān)鍵。陳飛霞等[43]研究發(fā)現(xiàn)，以在超水分散體系中分散良好的納米ITO制備的透明隔熱涂料具有良好的光譜選擇性，其可見光區(qū)的透過率達(dá)80%以上，而大部分紅外光被有效阻隔。顧廣新等[44]通過摻雜鎢，制備了具有常溫相轉(zhuǎn)變功能的二氧化釩粉體，采用特殊的研磨工藝，將摻鎢二氧化釩粉體和氧化銻錫(ATO)粉體分散成亞納米或納米漿料，并將這些漿料直接添加到水性聚氨酯涂料中，從而得到具有一定智能功能的透明隔熱保溫涂料。該涂料對玻璃附著力好，近紅外透過率可調(diào)。

4. 4 插層復(fù)合法

許多無機(jī)物(如硅酸鹽類黏土等)具有層狀結(jié)構(gòu)，可以嵌入有機(jī)物。通過合適的方法將單體或聚合物插入片層之間，再將厚1 nm、寬100 nm左右的片層結(jié)構(gòu)基體單元剝離，使其均勻分散于聚合物中，從而實現(xiàn)聚合物與無機(jī)層狀材料在納米尺度上的復(fù)合。這種方法只適用于像蒙脫土那樣的層狀無機(jī)材料。插層聚合法又可以分為插層原位聚合、溶液插層復(fù)合和熔融插層復(fù)合。以插層原位聚合法為例，插層原位聚合是指單體預(yù)先插層于層狀結(jié)構(gòu)的無機(jī)物中，然后聚合形成雜化材料，如將單體或插層劑插于具有層狀結(jié)構(gòu)的云母類硅酸鹽中(片層厚度為1 nm左右，片層間距一般在0.96 ～ 2.10 nm之間)，之后單體在硅酸鹽片層之間聚合成高分子。此過程中，片層之間被進(jìn)一步擴(kuò)大至解離，使層狀硅酸鹽填料在聚合物基體中達(dá)到納米粒度的分散，從而獲得納米級復(fù)合材料[45]。楊晉濤等[46]以可與苯乙烯發(fā)生共聚的陽離子表面活性劑十八烷基三甲基溴化銨(STAB)為插層處理劑改性蒙脫土(VC18-MMT)，有機(jī)蒙脫土在超聲波強(qiáng)剪切作用及乳化劑作用下預(yù)分散在乳化劑溶液中，然后引入苯乙烯單體進(jìn)行原位乳液聚合，制備了聚乙烯/蒙脫土納米復(fù)合材料。

5 應(yīng)用前景及存在的問題與對策

與普通涂膜相比，納米透明隔熱涂膜不僅機(jī)械力學(xué)性能顯著提高，而且其抗老化、耐腐蝕性能都非常好，加上透明度高、隔熱性能良好及價格低廉等特點，因此具有極高的應(yīng)用價值和廣闊的市場前景。納米隔熱涂料近幾年成為國內(nèi)外研究的熱點，也取得了相當(dāng)?shù)某煽?。但是國?nèi)對納米隔熱涂料的研究起步較晚，離產(chǎn)業(yè)化還有一段距離。目前，有關(guān)隔熱納米涂料研究還存在以下問題：

(1) 納米ATO粉體及分散液的開發(fā)。納米ATO自身的團(tuán)聚和在介質(zhì)中的分散問題是工業(yè)應(yīng)用所面對的最大難點。盡管有關(guān)納米ATO的制備和應(yīng)用的文獻(xiàn)較多，但是針對納米ATO分散與表面改性的研究報道較少。探索切實可行的、能解決ATO粉體團(tuán)聚問題的技術(shù)對于解決納米ATO的應(yīng)用難點而言至關(guān)重要。

(2) 納米涂料的最大問題是納米粒子在其中的分散與穩(wěn)定。涂料是一個非常復(fù)雜的多相分散體系，由成膜物質(zhì)、溶劑、顏填料、助劑等 4個部分組成。納米粒子在涂料中的分散穩(wěn)定性不僅與分散方法有關(guān)，還與納米微粒的表面修飾有關(guān)。故需根據(jù)不同的涂料要求，選擇納米粒子和樹脂，并針對該體系選擇適合的分散方法。

(3) 涂料黏度低。國內(nèi)普遍采用共混法制作納米隔熱涂料，即分別研制納米粒子漿料和樹脂，然后將二者共混；而且為了保持足夠的穩(wěn)定性，納米漿料一般加入很少，并需要加入穩(wěn)定劑、增稠劑等各類助劑。故所得涂料黏度低，施工不方便。

(4) 涂層的硬度、耐水等性能不佳。目前，國內(nèi)常見的納米粒子漿料是通過把納米粒子粉體分散在醇類或者水中，漿料普遍偏堿性，而與之復(fù)配的樹脂主要是丙烯酸樹脂或者氨基樹脂等酸性樹脂，因此，復(fù)配效果不佳，使制得的涂膜硬度不佳，耐水性差。在雨水較多的地區(qū)，涂料的使用受到限制。

(5) 納米粒子測試技術(shù)有待提高。在表征納米顏料的粒度及分布時，目前主要采用重力沉降、小角度激光衍射儀、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、激光粒度分析儀和原子力顯微鏡(AFM)等，這些方法所采用的儀器大都非常昂貴，傳統(tǒng)的涂料研究方法及檢測方法不能滿足納米改性涂料的檢測要求。故必須建立新的檢測方法。另外，納米改性涂料缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，比如納米顏料在純度、粒度、粒徑分布、貯藏穩(wěn)定性等方面的性能指標(biāo)以及測試標(biāo)準(zhǔn)等均亟待完善。

為了解決上述問題，國內(nèi)很多公司和學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)研究。上海滬正納米科技有限公司已能成功配制ATO和ITO等油性或者水性漿料，其中的納米粒子粒徑小，漿料穩(wěn)定。另外，其研制的ATO醇類分散液能夠?qū)崿F(xiàn)pH的調(diào)節(jié)，可制成酸性ATO分散液，實現(xiàn)了ATO分散液與酸性樹脂的復(fù)配。而為了解決涂層耐水性差的問題，可以使用耐水性更好的單體，或者添加耐水性功能單體(如硅烷偶聯(lián)劑等)。

6 結(jié)語

納米隔熱涂料不僅能夠兼顧隔熱與透光性，而且具有機(jī)械性能優(yōu)異、耐老化、耐腐蝕等優(yōu)點。納米透明隔熱涂料的開發(fā)應(yīng)用能夠很好地解決對采光玻璃既透明又隔熱節(jié)能的技術(shù)要求，加上其自身的結(jié)構(gòu)特點保證了該涂料的使用壽命長，因而納米透明隔熱涂料在普通玻璃、有機(jī)玻璃等透明載體表面的開發(fā)應(yīng)用，不但環(huán)保節(jié)能，而且經(jīng)濟(jì)實用。在當(dāng)今社會能源危機(jī)和環(huán)保壓力日益增大的情況下，隔熱涂料將具有很好的應(yīng)用前景。

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Study progress of nano-heat-insulating glass coatings

// WU Bing, HAI Jing, PI Pi-hui, CHENG Jiang*, YANG Zhuo-ru

Nano-antimony tin oxide (nano-ATO) is an n-type semiconductor material, and the nano-ATO-containing film has high infrared shielding effect and visible light transparency. So a transparent glass heat-insulating coating prepared with nano-ATO has excellent application value. In this paper, the thermal-insulating mechanism of nano-heat-insulating coating was introduced, and the research status of transparent heat-insulating coatings as well as the preparation methods of nano-heat-insulating composite coatings were reviewed.

heat-insulating coating; antimony tin oxide; nanoparticle; glass; energy conservation

School of Chemistry and Chemical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China

TQ637

A

1004 – 227X (2011) 12 – 0067 – 06

2011–05–29

2011–06–29

吳兵（1987–），男， 湖北隨州人，在讀碩士研究生，主要從事功能涂料的研究。

程江，教授，博導(dǎo)，(E-mail) cejcheng@scut.edu.cn。

[ 編輯：韋鳳仙 ]