摘要：利用小粒径纳米 ATO 的可见光高透过率与红外高辐射率的结特征构，制备了具有红外隔热功能的高装饰性车辆隔热面漆涂层，该涂层材料用于汽车驾驶室、箱体等场所对太阳光中红外波段的辐射，可以减少车辆对空调的依赖程度，有利于车辆的节能减排，对日趋严酷的环境压力具有重要意义。
关键词：汽车涂料；隔热；制备
0 引言
汽车作为国民经济的支柱产业，近几年得到了快速发展，现在我国已是世界汽车第一生产大国，汽车年生产量已突破 2 000 万辆。汽车涂料伴随着汽车工业的发展，在外观装饰性、涂层保护性等方面亦取得了快速突破，主要表现在丰满度、鲜映性、耐酸雨、耐光及耐水、耐沾污等方面。目前汽车除了传统的交通工具功能外，还添加了舒适性、公共装饰美学特性等，这就给汽车的空调带来了极高的使用频率。在石油日益紧张的今天，节能已成为汽车使用的重要话题，涂层隔热是汽车空调使用频率下降的有效手段。为此，在车辆玻璃表面贴透明隔热膜是在新车使用前每位车主都会考虑到的。然而，透明隔热膜的使用存在诸多不利因素，装饰效果不理想，除玻璃外的金属部分不易很好地贴附。而作为涂料如果兼具隔热、装饰、耐久性，则是汽车隔热的理想选择，它不仅综合使用成本较低，而且使用方便。
作为隔热涂层材料，其主要成分包括成膜树脂和隔热材料。一般情况下，具有高装饰性且适于汽车涂料的高分子成膜树脂只有聚丙烯酸酯、聚酯、醇酸等，这些树脂对红外与可见光几乎是穿透性的，而车辆外的热量几乎都是通过红外线或可见光进入车内的。为此，涂层材料中如果含有能有效屏蔽红外线的物质，减少车内外的能量交换，对减少夏、冬季空调的运转具有显著效应。目前具有红外屏蔽功能的化合物主要是具有半导体特征的无机非金属氧化物，如氧化铟（ITO）、氧化锡（ATO）、氧化锑等[1-3]，考虑到其成本因素和装饰性、透明性，这些氧化物应用于车辆涂料中，粒径应该尽可能小，这样在不影响覆盖面积的前提下，用量可以减少、透明性增加、对外观影响降低。
目前合成这些纳米氧化物的方法有很多，如柠檬酸络合、水热共沉淀、气相沉积等，然而这些方法合成的粒子一般较粗，对装饰性、透明性有影响，难以达到汽车涂料的要求，本文通过无氯工艺合成具有微细结构的纳米氧化锡，利用掺杂产生的晶格缺陷增加对红外的屏蔽效果，通过表面稳定化处理，使之稳定分散于汽车涂料的涂层结构中，不仅对红外具有良好的阻隔性能，而且涂层的装饰性与保护性均能满足汽车涂层的性能要求，给汽车行业的节能减排增添了一条新路。
1 试验部分
1.1 主要原材料
锡，纯度 99.5%；三氧化二锑，分析纯；双氧水，分析纯；硫酸，20%；氨水，分析纯；蒸馏水；羟基丙烯酸树脂（QJ-360J），江苏紫金；N3390，拜耳科技；钛白等颜料，常州奥邦；分散剂（RC-8250），含双键表面活性剂，江苏紫金，丙烯酸单体，市售；引发剂，市售。
1.2 主要测试仪器
红外光谱仪，高温煅烧炉，红外温差测试仪（自制）。
1.3 试验
1）粉体合成
将锡粉与一定量的硫酸溶液混合，并在溶液中加入一定量三氧化二锑，搅拌反应一定时间后，向上述体系中加入双氧水溶液，使锡粉完全溶解后加入氨水沉淀，过滤、洗涤、沉淀至滤液中无硫酸根离子；将沉淀物干燥、研磨、表面修饰活化、低温煅烧，即得粉体。
2）粉体表面原位聚合
将上述粉体打底，加入二甲苯（工业异构级），高速分散 1 h，加入三口烧瓶中，启动搅拌，升温至 100 ~120 ℃，滴加丙烯酸单体与引发剂的混合物（3 ~ 5 h 加完），并保温 3~5 h，至残留单体反应殆尽。
3）涂层材料制备
上述纳米-丙烯酸酯聚合物分散液、羟基丙烯酸树脂、钛白等需要调制的颜料、分散剂在一起研磨至细度在 10 μm 以内，加入各类成膜助剂，用二甲苯与醋酸丁酯混合物调稀，加入 N3390，混匀、涂覆成膜。
2 试验结果分析
2.1 影响纳米材料的粒径因素分析
酸溶采用无氯工艺，减少粉体在烧结过程中的团聚。表 1 显示，虽然硝酸对粉体在烧结过程中的团聚现象影响较小，但由于其对材料的腐蚀性更严重，一般不宜采用。
采用两阶段低温烧结相对于一次烧结，能在低温下获得高结晶性、高导电性、小尺寸的 ATO 纳米粉体。锑掺杂在 ATO 中，并保持高价态（5 价），才能使粉体具有良好的导电性，传统高温煅烧工艺，通常是晶型先由无定形转变到金红石型，而此时其中的掺杂元素 Sb由 3 价再向 5 价转变就会比较困难，因此需要更高的反应温度，通常为 800 ℃。本项目采用了独特的两次煅烧工艺，先在低温下，控制反应条件使 Sb 氧化到 5 价，再在 500~600 ℃煅烧样品，提高结晶度，即可获得小尺寸、低团聚、高导电性的样品。低温煅烧工艺见图 1。
2.2 表面修饰对分散性的影响
采用活性表面活性剂，相对于一般小分子表面活性剂，由于在原位聚合阶段参与反应，小分子转化成聚合物型表面吸附物，吸附介质的空间位阻有利于材料分散液的长期稳定而不絮凝。表面修饰工艺见图 2。
2.3 隔热效果分析
涂层材料对热屏蔽采用自制方式进行测试。隔热效果测试仪见图 3。测试时采用不含纳米 ATO 与含纳米 ATO 进行对比，涂层厚度为 35 ~ 40 μm（素色漆）、3 ~ 5 μm（透明漆）。
隔热性能测试结果见图 4。
3 结语
1）采用硫酸作为酸溶物质，两阶段低温烧结工艺，可以合成粒径小于 10 nm 的 ATO。
2）采用活性表面活性剂对纳米材料进行表面修饰，通过原位聚合合成的纳米 ATO-聚丙烯酸酯分散液具有长期的贮存稳定性。
3）纳米无机 ATO-聚氨酯涂层用作车辆涂层材料，具有良好的隔热效果，对促进汽车节能减排指标的实现具有重要意义。
参考文献略
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