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基本信息
- 項目名稱：
- 高效隔熱阻燃納米復(fù)合材料的開發(fā)及應(yīng)用
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 項目緊扣世界能源結(jié)構(gòu)，我國當(dāng)代國情及可持續(xù)性發(fā)展的政策，開發(fā)安全無毒且具有高熱反射和阻燃特性的復(fù)合材料。采用納米包覆及原位控制合成技術(shù)制備熱反射性能優(yōu)越的復(fù)合微納米材料及涂料。選擇Y2O3和硅鋁酸鹽，兼具熱反射和阻燃氧化銻、氫氧化鎂作為原料，制備的復(fù)合微納米材料及涂層具有高熱反射和紫外吸收、低輻射和抗靜電、阻燃實現(xiàn)多重功能的復(fù)合。產(chǎn)品具有價格低廉、安全環(huán)保、高隔熱、阻燃效果好等優(yōu)點。
- 詳細介紹：
- 節(jié)能和環(huán)保是世界面臨的兩大課題。太陽輻射能量主要集中在2.5μm以下的波段，其中紫外光(λ<0.38μm)占5%；可見光(λ=0.38-0.78μm)占40%；近紅外(λ=0.78-2.5μm)占50%；其它波段熱能占5%。炎熱的夏天，這些熱量通過輻射，對流和傳導(dǎo)等方式導(dǎo)致建筑內(nèi)的溫度升高，增加建筑空調(diào)能耗。據(jù)統(tǒng)計，建筑的能耗占全社會總能耗的28%，城市室內(nèi)40%以上的能量消耗在空調(diào)或取暖上，每年約消耗1.2萬億度電和4.1億噸標(biāo)準煤。美國能源部長朱棣文認為：如果建筑屋頂及外墻使用隔熱涂料，空調(diào)能耗可降低50%。除了建筑物，工業(yè)油罐和管道、糧庫、倉庫、冷庫、食品藥品廠房及交通運輸?shù)仍O(shè)施均需要采用隔熱保溫措施節(jié)能降耗。為了加快推進節(jié)約型社會建設(shè)，一種有效的方法是在建筑物外部涂覆具有高效熱反射功能的節(jié)能隔熱涂層。另一方面，據(jù)統(tǒng)計我國平均每年發(fā)生火災(zāi)23.6萬起，死亡2558人，受傷3532人，直接財產(chǎn)損失15.6億元，建筑材料和橡膠塑料制品的安全阻燃備受關(guān)注。 項目緊扣世界能源結(jié)構(gòu)，我國當(dāng)代國情及可持續(xù)性發(fā)展的政策，開發(fā)安全無毒且具有高熱反射和阻燃特性的復(fù)合材料。采用納米包覆及原位控制合成技術(shù)制備熱反射性能優(yōu)越的復(fù)合微納米材料及涂料。選擇Y2O3和硅鋁酸鹽，兼具熱反射和阻燃氧化銻、氫氧化鎂作為原料，制備的復(fù)合微納米材料及涂層具有高熱反射和紫外吸收、低輻射和抗靜電、阻燃實現(xiàn)多重功能的復(fù)合。產(chǎn)品具有價格低廉、安全環(huán)保、高隔熱、阻燃效果好等優(yōu)點。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計、發(fā)明目的是用簡捷的制備工藝技術(shù)，開發(fā)安全環(huán)保、節(jié)能兼具阻燃性能的熱反射納米復(fù)合材料及涂層。 本作品的基本設(shè)計思路： 1.擬采用納米技術(shù)在硅鋁酸鹽微粉表面沉積具有優(yōu)異阻燃特性的納米片狀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高效隔熱與阻燃的雙重特性。 2.采用一步原位合成法，在樹脂中直接合成納米顆粒，大大簡化生產(chǎn)工藝，并使納米顆粒與樹脂有更好的相容性。 創(chuàng)新點： 1.制備工藝的創(chuàng)新：突破功能復(fù)合納米氧化物容易團聚等傳統(tǒng)問題，采用納米包覆及原位控制合成技術(shù)制備熱反射性能優(yōu)越的片狀結(jié)構(gòu)復(fù)合微納米氧化物及涂料。 2.產(chǎn)品性能的創(chuàng)新：選擇Y2O3和硅鋁酸鹽，同時兼具熱反射和阻燃特性的Sb2O3、Mg(OH)2作為原料，制備的復(fù)合微納米材料及涂層同時兼具高熱反射、高紫外吸收、低輻射和抗靜電、阻燃。 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： （一）技術(shù)關(guān)鍵 1. 微納米氧化物基質(zhì)材料及高效隔熱阻燃材料的選擇。 2. 制備技術(shù)：既要確保產(chǎn)品的隔熱、阻燃效果，又盡可能適合工業(yè)生產(chǎn)。 （二）主要技術(shù)指標(biāo) 1.復(fù)合微納米材料產(chǎn)品在400-1400nm范圍內(nèi)反射率達90%以上。 2.隔熱燈箱實驗，涂層厚度約100微米時，經(jīng)日光老化燈照射30min以上，與普通涂料相比溫度降低5-9℃左右。 3.涂層物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,具有良好的耐酸堿腐蝕，耐溫耐候，耐老化，耐雨水沖刷，粘接強度高，抗靜電，抗潮濕，抗霉變等特性。
科學(xué)性、先進性
- 本項目開發(fā)的隔熱阻燃環(huán)保復(fù)合材料具有以下科學(xué)性、先進性： 1)片狀結(jié)構(gòu)的氧化銻、氫氧化鎂包覆改性的硅鋁酸鹽納米材料，實現(xiàn)了隔熱與阻燃特性的組合。 2)所制得的Y3+、Zn2+摻雜的Sb2O3粒徑僅10nm左右，易于在水性、油性各類樹脂中分散形成穩(wěn)定的熱涂層，且具有較好的阻燃特性。 3)所得到的氧化釔粒徑可控，形貌可調(diào)，對近紅外熱射線的反射率達90%以上，能有效防止太陽的熱輻射，且還能吸收紫外線，具有抗紫外線傷害功能，為熱反射隔熱類材料增添新的品種； 4)采用一步法制備的原位合成Sb2O3隔熱阻燃涂層350-2500nm全波段均具有超高90%以上的反射率。在樹脂中直接合成Sb2O3納米顆粒，使得納米顆粒與樹脂相容性更好，獲得更高的熱反射率，大大簡化了生產(chǎn)工藝。 該產(chǎn)品已經(jīng)通過國家建筑材料檢測中心、上海同濟建設(shè)工程檢測站的多種性能測試。該技術(shù)和產(chǎn)品已達到國際先進水平。該項目已申請三項國家發(fā)明專利，并在J.Phys.Chem.C等國外知名期刊上發(fā)表了四篇SCI論文。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該作品已經(jīng)國家建筑材料檢測中心、上海同濟建設(shè)工程檢測站鑒定，并通過上海市科委組織的專家組評審。目前已申請四項國家發(fā)明專利，其中一項獲得授權(quán)。 相關(guān)文章： [1]Journal of Physical Chemistry C.2010,114(32),13577-82 [2]Journal of Nanoscience and Nanotechnology. [3]Journal of Nanoscience and Nanotechnology. [4]Analytica Chimica Acta 2010.6 “挑戰(zhàn)杯”孵化項目 2010.7 上海市高校學(xué)生創(chuàng)造發(fā)明“科技創(chuàng)業(yè)杯”二等獎 2011.4 上海市陳嘉庚青少年發(fā)明獎
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 目前與上海龍洲新型建材有限公司合作，產(chǎn)品處于中試階段。
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場展示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 1.使用說明 A.將制備的隔熱節(jié)能阻燃環(huán)保納米復(fù)合材料直接分散在各類樹脂、塑料、橡膠、紡絲中，成為隔熱阻燃的主體材料。 B.制備的隔熱阻燃環(huán)保涂料可直接涂覆于建筑外墻及屋頂、石油管道及儲罐、倉庫等的外立面。 2.技術(shù)特點和優(yōu)勢 該隔熱阻燃環(huán)保納米復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝簡單、原料廉價易得，設(shè)備投入成本較低，便于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。此外，生產(chǎn)過程中基本不產(chǎn)生“三廢”，屬于綠色環(huán)保，無毒、低能耗、高效益產(chǎn)業(yè)，完全可以實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益雙豐收。 3.市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測： 據(jù)專家分析，在我國能耗結(jié)構(gòu)中，建筑能耗占社會總能耗近三分之一，每年約消耗1.2萬億度電和4.1億噸標(biāo)準煤。如果在我國大中城市能基本完成既有建筑節(jié)能改造，每年預(yù)計節(jié)約電4200億度、節(jié)約標(biāo)準煤2.6億噸、減少二氧化碳溫室氣體排放量8.46億噸。建筑節(jié)能隔熱涂料作為建筑節(jié)能最為簡便也最為有效的實現(xiàn)方案，近年來備受，正在并將逐步形成一個巨大的新興產(chǎn)業(yè)。
同類課題研究水平概述
- 紅外反射屏蔽材料的應(yīng)用雖然已經(jīng)付諸實施，但是，實際應(yīng)用的材料不多。真空狀保溫涂層具有優(yōu)良的隔熱性能。根據(jù)能量傳輸原理，真空狀態(tài)能使分子振動熱傳導(dǎo)和對流傳導(dǎo)消失。美國豪斯實驗室對民用建筑使用真空陶瓷微珠效果的測試結(jié)果表明，上百萬真空陶瓷微珠在500-2500nm波長范圍內(nèi)對陽光的反射率平均達到86％，夏天空調(diào)能耗至少節(jié)省64％。但是這種涂料價格昂貴，過去僅限于在航天產(chǎn)品上使用，近年來發(fā)達國家也先后將其應(yīng)用到民用建筑和工業(yè)設(shè)施。民用隔熱技術(shù)發(fā)展從玻璃開始，首先使用著色的玻璃吸收貼膜，這種貼膜價格每平方米300多元，目前只在高檔汽車上使用；進而使用反射膜，將太陽能反射回大氣中，阻擋太陽熱能進入室內(nèi)，達到隔熱節(jié)能的目的。文獻CN94106487.5公開了一種鍍膜熱反射玻璃，將基片玻璃浸漬于鈦酸丁酯乙醇溶液中，然后穩(wěn)定勻速地提升出液面，經(jīng)熱處理后得到鍍膜玻璃，這種熱反射鍍膜玻璃可見光透過率一般為20~30%，采光效果不好，也導(dǎo)致光污染問題。第三種是用Low-E中空玻璃，文獻CN200410036018.3公開了一種透明導(dǎo)電低輻射玻璃涂層，在浮法玻璃生產(chǎn)線上，將具有低輻射、吸收和逆向輻射性質(zhì)的物料采用噴涂或濺射等工藝在玻璃上制成薄膜。然而，Low-E玻璃在線噴涂或濺射，只有少數(shù)大型玻璃生產(chǎn)廠可以做到，制備方法復(fù)雜，價格昂貴，難以大面積使用。一種實用而有效的解決方案是，將隔熱涂層涂布在建筑物表面，利用其對太陽輻射熱射線的高阻隔性能顯著降低屋頂、外墻的表面溫度和室內(nèi)溫度，改善居住環(huán)境；工業(yè)儲氣油罐和管道涂裝隔熱涂層，取代傳統(tǒng)的噴淋降溫，可明顯降低表面溫度，節(jié)約水資源的同時也降低了水對罐體的腐蝕；糧庫、倉庫、冷庫、食品藥品廠房及交通運輸設(shè)備采用隔熱涂層可以改善內(nèi)部溫度環(huán)境，對糧食、物品的低溫保鮮，延緩品質(zhì)陳化，提高儲品的安全穩(wěn)定起著重要作用。美國3M正在研發(fā)具有防污效果的納米氧化銦錫節(jié)能隔熱薄膜涂層，這種材料雖然具有很好的熱反射性，但氧化銦價格昂貴，成本很高。文獻CN1232599C公開了一種納米透明隔熱復(fù)合涂料，由聚丙烯酸樹脂、納米氧化銦錫粉體、涂料助劑和稀釋劑組成。復(fù)合涂料對可見光的透過率為80%，對紅外線的屏蔽率為75%。但文獻方法納米氧化物粉體制備工藝復(fù)雜，成本很高，施工困難，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。
