一、实验原理

1.隔热涂料的用途

太阳通过辐射传递给地球巨大的能量，太阳辐射的能量主要集中在波长为0.2一2.5 um的范围内，具体能量分布如下：紫外区为0.2一0.4 um，占总能量的5%；可见光区为0.4-0.72 um，占总能量的45%；近红外区为0.72一2.5 um，占总能量的50%。巨大的能量给人类的生存和生活提供了必要的条件，但强烈的太阳辐射也会给工业生产和日常生活带来诸多问题和不便。炎热的夏天，过多的太阳辐射增加了电扇、空调的用电量，消耗更多的能源。

普通玻璃虽然透明性好，但是对红外线的隔绝不够，给许多需要隔绝热辐射的场合带来巨大的能量损失。在普通玻璃上涂覆透明隔热涂料，能够过滤部分太阳光中的辐射能，从而达到隔热降温的目的。

2.实验原理
本实验中的透明隔热涂料（transparent thermal一insulating coating material）的成膜树脂为透明的丙烯酸树脂，隔热功能粉体为掺锑锡氧化物（ATO)。透明隔热涂料的制备方法是首先制备ATO粉体及丙烯酸树脂，然后采用共混法将二者制成透明隔热涂料。

(1)丙烯酸树脂的制备方法

丙烯酸树脂是由丙烯酸酯类和甲基丙烯酸酯类及其他烯属单体共聚制成的树脂，通过选用不同的树脂结构、不同的配方、生产工艺及溶剂组成，可合成不同类型、不同性能和不同应用场合的丙烯酸树脂。根据结构和成膜机理的差异，丙烯酸树脂又可分为热塑性丙烯酸树脂和热固性丙烯酸树脂。

本实验在四口烧瓶中加入醋酸丁酯和单体丙烯酸（AA），然后将混合均匀的甲基丙烯酸甲酯 (MMA)、丙烯酸丁酯 (BA)和引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，在一定时间内滴加到四口烧瓶中，最后加热搅拌保温，即可得到具有一定黏度的透明聚丙烯酸酯。丙烯酸树脂的制备工艺流程如图8.1所示

(2)ATO粉体的制备方法

由氧化锡和氧化锑成分构成的无机纳米粒子ATO（掺锑锡氧化物）是一种宽禁带n型半导体，它能有效地阻止红外辐射和紫外线辐射，阻隔红外效果达80％以上，阻隔紫外效果达65%以上。纳米ATO粉体对可视光（380一780 nm）的吸收率极弱，该特性使得ATO纳米粉体加入涂料中不会影响基体材料的原有色泽。同时纳米。粉体还具有耐高温、耐化学腐蚀等优良特性。

ATO粉体采用溶胶-凝胶法制备。所谓溶胶-凝胶法是指将前驱体（如正硅酸乙酯和甲醋、烷氧金属、金属盐等）和有机聚合物在共溶剂体系中，用酸、碱或中性盐催化前驱体水解缩合成溶胶（Sol)，然后经溶剂挥发或热处理使溶胶转化成网状结构的凝胶（Gel）的过程。本实验采用的溶胶前驱体为SnC1₂·2H₂0和SbC1₃ 。 ATO溶胶的制备工艺流程如图8.2所示。

利用SnC1₂.2H₂0和SbCl₃在无水乙醇中的水解聚合反应制得浅黄色的透明纳米ATO溶胶，其反应方程式为

(3)共混法

共混法是直接将纳米粉体或其分散液与聚合物或其溶液进行混合的一种物理方法，也是目前获得含纳米粒子的复合材料的一种比较简便的制备方法，它通过物理方法使纳米粒子直接均匀分散到成膜物中。

共混法中纳米粒子的制备与材料的制备是分步进行的，纳米粒子的形态、尺寸均可控制，但由于无机纳米微粒具有较高的表面自由能，易于自发团聚，在采用直接分散法制备纳米粒子／聚合物复合材料过程中不可避免地出现纳米粒子的团聚现象，导致纳米粒子在聚合物中分散不均匀，造成纳米粒子丧失或部分丧失其特有的功能和作用。该法的优点是易于控制粒子的尺寸和形态，不足之处是难以解决纳米粒子的团聚问题，即难以保证纳米粒子在聚合物基料中的均匀分散。

本实验将ATO粉体及丙烯酸树脂进行共混，得到透明隔热涂料。

二、主要仪器和药品

磁力搅拌器、电子天平（精度±0.001 g)、真空干燥箱、电加热套、红外加热仪、KQ一100型超声清洗器、马弗炉。

SnC1_2·2H₂0, SbC13、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸（AA)、偶氮二异丁腈、无水乙醇、醋酸丁酯。

三、实验内容

1．丙烯酸树脂的制备

①称量：称量单体。单体MMA, BA与AA的质量比为30:15:1;称取醋酸丁酯，质量为单体总量的55%；称取引发剂，质量为单体总量的1%；量取乙醇溶液20 ml。

②聚合反应：首先将醋酸丁酯、乙醇和单体丙烯酸（从）加入四口烧瓶中，然后给四口烧瓶装上搅拌装置、球形冷凝管、温度计及滴液漏斗，滴液漏斗中加入MMA, BA和引发剂，混合均匀；加热，中速搅拌，球形冷凝管中出现回流蒸气；温度计显示烧瓶内蒸气温度为80℃时开始滴加滴液漏斗中的单体，在2h内滴加完毕，并搅拌保温3h，得到具有一定黏度的丙烯酸树酯。

2.ATO粉体的制备

①称量。用天平称量0.075 mol的SnC1₂.2H₂0,0.007 5 mol的SbC1₃.

②制备溶胶。将SnC1₂ . 2H₂0, SbC1₃加入100 ml无水乙醇中，用红外加热仪升温至79℃后保温，回流搅拌4h，得到乳白色不透明溶胶。然后在空气中敞口加热搅拌40 min，同时蒸发溶胶体系中30％一40％的溶剂无水乙醇，得到乳白色不透明溶胶。

③陈化。经过200 h陈化，得到浅黄色的透明ATO溶胶。

④烧结。将溶胶放入马弗炉中，升温速率为2℃/min，在500℃下焙烧2h。得到ATO粉体。

3．透明隔热涂料的制备

将制备的丙烯酸树脂和ATO粉体（与丙烯酸树脂单体质量比为1%）加入超声分散仪中，并加入适量的醋酸丁酯调节黏度，超声分散60 min，得到透明隔热涂料。

4．透明隔热涂层的制备

①基片处理。将经水洗干燥的基片浸泡于无水乙醇中，超声震荡20 min，置于70℃烘箱中烘干约20 min.

②涂层：用毛刷将透明隔热涂料刷在玻璃基片表面，室温放置24 h后成膜。

5．透明隔热涂料的表征及性能测试

（1)X射线衍射分析

X射线衍射是一种重要的固体物相分析手段，一般只对晶体材料具有分析作用。通过分析ATO晶体的衍射图谱，可以获得ATO晶体材料的成分、晶体结构和晶胞参数等信息。图8.3为500℃下缎烧所得ATO的XRD图。参照SnO₂的标准XRD谱图可知，图8.3中的2θ为26.56⁰,33.62⁰,51.72⁰的衍射峰分别对应SnO₂的（110),(101),(211）晶面。

(2）激光粒度仪测试

激光粒度仪是采用散射原理，通过检测颗粒的散射谱来测定颗粒群粒度分布的专用仪器。将制得的ATO溶胶用纳米粒度及Zeta电位分析仪（ZS90）对其进行粒度分析，测试其粒径大小和分布。图8.4为制备的ATO溶胶粒径分布曲线。

(3）扫描电子显微镜表征

扫描电子显微镜（SEM）主要用于分析材料的微观结构、表面形貌和化学成分等信息，是一

种常用的物理分析手段。扫描电子显微镜可以对透明隔热涂层材料的表面形貌和涂层中的ATO粉体的形貌进行表征。

(4)紫外-可见-近红外光谱分析

此方法是根据物质分子对波长在200一1 100 nm范围的电磁波的吸收特性所建立起来的一种定性、定量和结构分析方法。在经过处理的玻璃基片滚涂上隔热透明涂料，使其干燥固化成膜，采用紫外-可见-近红外光谱来表征光线的透过率。图8.5所得透明隔热涂料涂膜的紫外-可见-近红外光谱图，其中a为普通玻璃的透过率，b为涂覆了隔热透明涂料玻璃的透过率。

四．注意事项

①在聚合反应过程，球形冷凝管一定要出现回流蒸气后，方可进行滴加；

②ATO粉体制备的（1),(2)步，要在通风橱中进行；

③在测试隔热涂料时，隔热涂料要涂刷在玻璃朝向红外加热仪的外表面。