纳米隔热涂料的性能研究

建筑用水性纳米反射隔热保温涂层系统鑫元永立集成房屋本公司开发了一种新型外墙、屋面纳米保温隔热-涂装一体化系统，由保温隔热腻子、柔性细膩子、封闭底漆、纳米绝热保料、太阳热反射隔热涂料构成。

该系统具有涂层薄、隔热保温性能好、粘附力强、耐温变型好、防水抗渗、耐污抗裂、阻燃防火、安全环保等特点，且施工简便，性价比高。

一.基本构造（一）建筑外墙1.钢筋混凝土基层：聚合物水泥砂浆找平层+渗透性封底漆+纳米保温隔热涂料+柔性隔热腻子+太阳热反射隔热涂料。

2O金属基层：双组分水性环氧防腐底漆+纳米保温隔热涂料+ 太阳热反射隔热涂料。

（二）建筑屋面1.钢筋混凝土基层：聚合物水泥砂浆找平层+双组分水性环氧防腐底漆+纳米保温隔热涂料+太阳热反射隔热涂料。

2.金属基层：双组分水性环氧防腐底漆+纳米保温隔热涂料+ 太阳热反射隔热涂料。

二。

产品介绍（一）水性太阳热反射隔热涂料水性太阳热反射隔热涂料，以高性能水性树脂为成膜物、以金红石型钛白粉、纳米Si02气凝胶、空心玻璃微珠、红外粉、冷颜料等为颜填料，在多种功能助剂的配合下精制而成。

可制备成红、黄、蓝、绿、棕、灰等多种色彩隔热降温涂料，涂膜具有较高的太阳反射率和热辐射率，可大幅度降低外墙表面温度和室温度，具有显著节能功效。

1・特点（1）涂膜具有柔韧性、防水性、耐老化性、耐沾污性。

（2）涂膜兼具反射、阻隔、辐射综合隔热功能，对光热具有高反射率、高阻隔率、高辐射率。

（3）涂膜具有低导热系数、低蓄热系数、高热阻值、高热稳定性等热工性能。

lOOum厚的太阳热反射隔热涂料热阻相当于10mm厚挤塑聚苯板的热阻值。

（4）可以根据需要配制成各种颜色、以增加装饰美观性。

2性能有色太阳热反射隔热外墙涂料的性能（银灰色）3 施工方法（1） .基层要求平整、坚实、无浮灰等杂物，含水率V 10%, pH 值V10。

（2） .涂刷2遍渗透型封底漆；（3） .涂刷纳米保温隔热涂料，涂层厚度0. 5-2mm；（4） .批刮两遍柔性隔热腻子，并打磨平整，扫清浮灰。

表面技术第53卷第4期原位生长的CNTs@MoS2杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能王晓明1，朱耿增1，金义杰2，贾丹2*，段海涛2，詹胜鹏2，杨田2，凃杰松2，章武林2，马利欣2（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南 250003；2.武汉材料保护研究所特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室，武汉 430030）摘要：目的设计并研制一种耐火和隔热性能突出的水性膨胀型防火涂料。

方法以碳纳米管（CNTs）、四水合钼酸铵、十六烷基溴化铵（CTAB）、硫脲为原料，通过简单的一步水热法原位生长出一种新型的CNTs@MoS2杂化物，并采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM等手段对复合杂化物进行表征。

再将CNTs@MoS2杂化物作为增效剂分散在水性膨胀型防火涂料（CNTs@MoS2/WES）中，通过大板实验和涂层、炭焦层表面分析评价了涂层的耐火和隔热性能。

结果与WES（膨胀倍率为3.90）、CNTs /WES涂层（膨胀倍率为6.04）、MoS2/WES涂层（膨胀倍率为 4.59）相比，CNTs@MoS2/WES涂层具有最高的膨胀倍率（8.88）。

CNTs@MoS2/WES涂层所涂覆的钢板在燃烧40 min后背面温度最低（133.3 ℃），这充分表明该涂层具有优异的隔热性能。

结论制备的CNTs@MoS2杂化物表现出稳定的网络交织结构，有效提高了它在涂料中的分散性能。

此外，CNTs@MoS2/WES涂层优异的耐火和隔热性能主要归因于：1）CNTs@MoS2/WES涂层及其炭焦层具有更致密和完整的表面，阻隔了热量的传递；2）CNTs的添加增强了炭焦层的致密性，抑制了膨胀过程中产生的气体泄漏，提升了涂层膨胀倍率；3）MoS2提高了膨胀层强度且促进了炭焦层的形成，减少了裂纹和孔隙的产生。

关键词：碳纳米管（CNTs）；二硫化钼（MoS2）；协同效应；耐火性能；阻燃机理中图分类号：TQ328.3 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)04-0200-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.04.019Fire Resistance and Thermal Insulation of in Situ-grown CNTs@MoS2Hybrids Enhanced Waterborne Intumescent Flame-retardant Coatings WANG Xiaoming1, ZHU Gengzeng1, JIN Yijie2, JIA Dan2*, DUAN Haitao2,ZHAN Shengpeng2, YANG Tian2, TU Jiesong2, ZHANG Wulin2, MA Lixin2(1. State Grid Shandong Electric Power Research Institute, Jinan 250003, China; 2. State Key Laboratory of Special SurfaceProtection Materials and Application Technology, Wuhan Research Institute of Materials Protection, Wuhan 430030, China)收稿日期：2023-02-25；修订日期：2023-08-24Received：2023-02-25；Revised：2023-08-24基金项目：国家电网公司总部科技项目（5500-202216111A-1-1-ZN）Fund：State Grid Corporation Headquarters Science and Technology Program (5500-202216111A-1-1-ZN)引文格式：王晓明, 朱耿增, 金义杰, 等. 原位生长的CNTs@MoS2杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能[J]. 表面技术, 2024, 53(4): 200-210.WANG Xiaoming, ZHU Gengzeng, JIN Yijie, et al. Fire Resistance and Thermal Insulation of in Situ-grown CNTs@MoS2 Hybrids Enhanced Waterborne Intumescent Flame-retardant Coatings[J]. Surface Technology, 2024, 53(4): 200-210.*通信作者（Corresponding author）第53卷第4期王晓明，等：原位生长的CNTs@MoS2杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能·201·ABSTRACT: Fire is one of the most significant issues affecting the durability of steel constructions, which not only limits their application in industrial engineering but also seriously threatens the safety of personnel present. The latest ecologically friendly and aesthetic flame-retardant technology is a intumescent flame-retardant coating made from a triple system composed of ammonium polyphosphate, pentaerythritol, and melamine (P-C-N). However, its fire resistance and protective capacity are still insufficient.To address this problem, a waterborne intumescent flame-retardant coating with outstanding fire resistance and thermal insulation properties was designed and developed. The carbon nanotubes (CNTs), hexadecyl trimethyl ammonium bromide (CTAB), and thiourea were used as basic materials to synthesize novel CNTs@MoS2 hybrids through a straightforward one-step hydrothermal method. The composite hybrids were characterized using FT-IR, XRD, Raman spectroscopy and SEM techniques.FT-IR spectra showed that the CNTs were compounded with MoS2, and the absorption peaks of both CNTs and MoS2 were observed on the curves of the CNTs@MoS2 hybrids. XRD spectra confirmed the diffraction peaks at 2θ=14.2°, 25.8°, 32.5°,37.4° and 57.2° for the CNTs@MoS2 hybrids, respectively. The Raman spectrum showed a higher I D/I G= 0.63 of CNTs@MoS2samples than that of CNTs (I D/I G=0.52) since the partial filling of the CNTs surface with MoS2 matrix. It was found that the hybrid of CNTs@MoS2 was composed of CNTs nanowires and molybdenum disulfide microspheres. Afterward, the synergist CNTs@MoS2 hybrid was dispersed in waterborne intumescent fireproofing coatings (CNTs@MoS2/WES), and their fire resistance and thermal insulation properties were evaluated by large-plate experiments and surface analyses of the coating and charred layers. SEM images showed that there were obvious cracks and pores on the WES, CNTs/WES and MoS2/WES coating surfaces. However, CNTs@MoS2/WES coatings displayed a smooth and dense surface, which could improve the barrier effect of the coatings. In general, the difficulty of heat transfer from the air to the substrate rose with the thickness of the expansion layer. It was confirmed that the expansion ratio of CNTs@MoS2/WES, CNTs/WES and MoS2/WES coatings were 8.88 times,6.04 times and 4.59 times, respectively, which was much higher than that of the WES coating (3.90 times), which indicated thatCNTs@MoS2 hybrids preferably promoted the fire resistance of the WES coating. In addition, CNTs@MoS2/WES coatings exhibited the lowest backside temperature (133.3 ℃) after 40 min of combustion, which confirmed their better thermal insulation properties. The morphology of the char layer of the coating was observed using the SEM technique. Results displayed that the char layer of CNTs@MoS2/WES coatings presented a more complete carbon coke layer with uniform and stable expansion structures and smaller pores, which effectively inhibited the transfer of external heat and oxygen to the steel surface.In brief, the prepared CNTs@MoS2 hybrids display a stable network hybridization structure, which effectively improves their dispersion performance in coatings. In addition, the excellent fire and thermal insulation properties of CNTs@MoS2/WES coatings are mainly attributed to 1) denser and more complete surfaces of coatings and their char layers; 2) dilution of heat and oxygen by carbon dioxide released during combustion; and 3) reduction of cracks and porosity via catalytic carbonation of MoS2.KEY WORDS: carbon nanotubes (CNTs); molybdenum disulfide (MoS2); synergistic effect; fire resistance; flame-retardant mechanism钢结构因其强度高、抵抗变形能力强、可重复使用等优点而逐渐成为工业、工程的重要组成部分[1-3]。

纳米科技在建筑材料中的实际应用随着科学技术的不断进步和创新，纳米科技作为一项前沿领域逐渐应用于各个行业。

在建筑领域中，纳米科技为我们带来了许多前所未有的机会和挑战。

纳米材料的应用不仅可以增强建筑材料的性能，同时也可以改善建筑物的功能和环境效应。

本文将介绍纳米科技在建筑材料中的实际应用，并探讨其对建筑行业发展的潜力。

首先，纳米材料的应用可以提升建筑材料的性能。

纳米材料具有比普通材料更大的比表面积，这使得纳米材料具有更高的强度和硬度。

例如，使用纳米纤维增强建筑材料可以使其更加耐磨损和耐高温，在地震等自然灾害中也具有更好的抗摇摆性能，从而提高建筑物的安全性。

此外，纳米材料的应用还可以改善建筑材料的耐久性，减少环境因素对建筑材料的影响。

例如，使用纳米氧化锌涂料可以增强建筑材料的紫外线防护性能，延长建筑物的使用寿命。

其次，纳米材料的应用还可以改善建筑物的功能性。

纳米光触媒是一种利用纳米粒子吸附并分解有害气体的技术，可以应用于建筑物内外的空气净化和除臭。

通过在建筑物表面涂覆纳米光触媒涂料，可以有效降解空气中的甲醛、苯等有害气体，改善室内空气质量。

此外，纳米技术还可以用于制造自洁建筑材料。

研究人员利用纳米涂层的超疏水性和自洁性，使建筑表面对水、油等污垢具有较好的抗黏附性，减少清洗和维护的工作量。

纳米科技的应用还可以提高建筑物的能源效益。

通过运用纳米材料制造的高效隔热材料，建筑物的保温性能可以得到显著改善。

纳米气凝胶是一种常用的隔热材料，其微小的孔隙结构可以降低热传导，提高建筑物的隔热性能。

此外，使用纳米涂料可以改善建筑物的光学性能，使得室内采光更加均匀，减少照明能耗。

同时，使用纳米太阳能电池可以将太阳能转换为电能，并有助于建筑物的自给自足能源系统的建设。

纳米科技在建筑材料中的应用不仅可以提升建筑物的性能和功能，还可以改善建筑物与环境的互动效应。

雾霾是当今社会面临的严重环境问题之一。

利用纳米材料可以净化室外空气中的有害物质，降低大气污染。

透明隔热涂料—纳米氧化铟锡（ITO）涂料的研发1. 纳米氧化铟锡（ITO）涂料研发背景1.1目前市场存在的问题随着社会对节能和环保问题日益关注，许多基于玻璃表面改性的节能产品如墙幕玻璃、涂有特殊涂膜的玻璃等应运而生，这些产品的主要功能就是调控太阳能，既要透明，又要隔热。

目前市场上，隔热降温的产品主要有金属镀膜热反射玻璃和各种热反射贴膜等。

前者具有良好的隔热效果，但在可见光区的透过率很低(仅为20%左右)，若应用于建筑物窗口，将会影响室内的采光，反而增加了白天室内照明的负担。

而按国家标准规定，汽车前挡玻璃的透过率不得低于75%，因此对汽车前挡玻璃进行金属镀膜并不具有实际应用价值。

除此之外，建筑物幕墙玻璃等也面临同样问题。

因此寻找一种兼有良好的透明隔热效果并且将成本降低在市场可承受范围内的透明隔热玻璃的制备工艺不仅具有重要的理论意义，而且具有广阔的应用价值和市场前景。

1.2 现有氧化铟锡涂料的情况分析为解决建筑物、汽车等场所的透明隔热问题，国内外进行了广泛的研究和尝试。

目前市场上常见的有各种隔热玻璃贴膜产品及镀膜热反射玻璃。

隔热玻璃贴膜包括普通的玻璃贴膜和高效的氧化铟锡（ITO）（以下简称ITO）玻璃贴膜两种。

大量的研究报告显示，在众多的隔热薄膜中，ITO薄膜充分体现了透明性和隔热性的统一，是一种理想的透明隔热材料。

ITO透明导电膜，除了具有高可见光透过率和高电导率，还具备其它优良的性能，如高红外反射率、与玻璃有较强的附着力、良好的机械强度和化学稳定性。

但是，ITO薄膜的最大缺点是价格昂贵，一是因为该薄膜的制备一般采用磁控溅射的方法，磁控溅射机的价格非常昂贵。

二是ITO的原料铟为稀有金属，价格不菲。

这就造成了ITO隔热膜的销售价达到了350元/m2。

因此，ITO薄膜在建筑物玻璃上难以被接受，在汽车窗玻璃上也只能用于部分高档汽车。

1.3 纳米氧化铟锡涂料的研发1.3.1 纳米涂料纳米涂料，又叫做纳米复合涂料(Nanocomposite coating)。

纳米保温隔热涂料隔热原理解析纳米保温隔热涂料以自交联丙烯酸乳液为成膜物、以SiO2气凝胶、空心玻璃微珠、六钛酸钾晶须等为填料，在多种助剂的配合下制备而成。

涂料具有施工薄层、纳米孔绝热、安全防火、环保节能、性价比优等优点。

纳米保温隔热涂料的隔热原理热量的传导总是由高温区向低温方向传递，热量的传导有固体热传导、空气对流热传导、辐射热传导3种方式。

纳米保温隔热涂料的特点是：能够将上述3种热传导途径进行有效阻隔或屏蔽。

在涂料组分中，起关键隔热作用的是纳米SiO2气凝胶，其次是六钛酸钾晶须和空心玻璃微珠。

纳米SiO2气凝胶是一种保温隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80%~99%，孔洞的典型尺寸为2~50nm，平均孔径为20nm，比表面积为600~1000m2/g，表观密度为0.003~0.35g/cm3，室温导热系数可低达0.013W/(m?k)，即使在800℃高温下，其导热系数才为0.043W/(m?k)，且高温下不分解，无有害气体放出，是纯绿色环保材料，其缺点是强度低、脆性大，单独使用困难。

将纳米SiO2气凝胶与硅酸铝纤维和空心玻璃微珠混配，在弹性成膜物的交联作用下，可大大改善涂层的物理机械性能。

1.SiO2气凝胶的隔热机理固体热传导：SiO2气凝胶是由若干Si-0-Si基团相互连接聚集形成的纳米三维网络骨架结构，由于近无穷多纳米孔的存在，固体热传递只能沿着孔壁传递，近无穷多气孔壁构成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热导率降到几乎最低极限。

对流热传导：SiO2气凝胶的介孔尺寸为2~50nm辐射热传导：辐射传导热是一种非接触式的热量传递。

由于气凝胶为均匀的纳米气孔，且具有极低的体积密度，使材料内部气孔壁数目趋于“无穷多”，而每个气孔壁都有遮阳板的作用，从而产生近于“无穷多遮阳板”效应，使辐射传热下降到最低极限。

2.六钛酸钾晶须的隔热机理六钛酸钾晶须为连锁隧道式结构，松散密度为0.1~0.3g/cm3，比表面积为11m2/g，介孔尺寸为直径0.8~1.2?m、长度30~50?m，导热系数低(常温0.0534W/(m?k)，且具有负温度系数(温度越高导热系数越)，760℃时导热系数为0.0174W/(m?k);红外线透过率小：在波长0.9~2.4?m范围，厚0.25?m六钛酸钾晶须透过率仅为8.4%。

纳米材料在建筑工程中的应用随着科技的发展和纳米技术的进步，纳米材料逐渐在各个领域得到了广泛的应用，其中包括建筑工程。

纳米材料因其特殊的物理和化学性质，在建筑材料领域展现出巨大的潜力。

本文将探讨纳米材料在建筑工程中的应用，并介绍其中几种具有潜力的纳米材料。

首先，纳米材料在建筑材料领域具有卓越的强度和耐久性。

纳米材料的纳米级结构使其具有更高的比表面积，因此具有更好的力学性能。

这些材料可以提供更好的抗压强度、抗拉强度和抗渗透性，从而提高建筑物的结构稳定性和耐久性。

例如，纳米二氧化硅添加剂可以提高混凝土的抗裂性和抗渗性，同时减少水泥用量，提高混凝土的力学性能，延长建筑材料的寿命。

其次，纳米材料在保温隔热领域的应用也十分重要。

建筑物的保温性能对于节能和环境保护至关重要。

纳米材料的小尺寸和特殊结构使其具有更低的热传导性能，可以有效提高建筑物的保温性能。

例如，纳米氧化锌具有良好的热阻性能，可以用于制备高效的隔热涂料，提高建筑物的热防护效果。

另外，纳米空心球材料也是一种较为常见的隔热材料，其由许多纳米级空心球组成，可以提供良好的隔热性能，减少建筑物的能耗。

另外，纳米材料在建筑物的环境监测和净化方面也有广泛的应用。

建筑物的室内空气质量对人们的健康至关重要。

纳米材料可以用于制备高效的空气净化器和空气过滤材料，有效去除室内的有害气体和细颗粒物，提供良好的室内环境。

纳米氧化钛是一种常用的光催化材料，可以利用紫外线激活，将有害气体分解为无害物质，可以用于制备高效的室内光催化空气净化器。

此外，纳米材料在建筑材料的防火性能和阻燃性能方面也具有优势。

纳米氧化锌、纳米氢氧化镁和纳米硅酸铝等材料都可以用于制备高效的阻燃涂料和防火材料，提高建筑物的防火等级，从而降低火灾风险。

这些纳米阻燃材料在遇到高温时可以发生化学反应，释放出水分和惰性气体，形成物理障碍，有效延缓火势蔓延。

对纳米材料在建筑工程中的应用进行研究和开发的同时，我们也要重视其潜在的环境和健康影响。