水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料的研制

0·引言

夏天酷熱的天氣會(huì)使墻面積聚大量的熱量，新加坡國(guó)立大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)材料的選擇對(duì)建筑的導(dǎo)熱性能非常重要，對(duì)于建筑物，墻面是否隔熱起關(guān)鍵作用，屋瓦對(duì)頂層的室溫也起到重要作用。此外，日益增長(zhǎng)的空調(diào)能源消耗也是不容忽視的問(wèn)題，據(jù)分析顯示，1%的人口增長(zhǎng)將提高2.2%的能源消耗，空調(diào)溫度每提高0.6℃，耗電將提高1.5%～2.0%。

熱反射隔熱節(jié)能材料是當(dāng)今最具有競(jìng)爭(zhēng)力的節(jié)能方式之一。采取必要的建筑節(jié)能措施，可大大降低建筑材料和空調(diào)能耗，使現(xiàn)代人在比較經(jīng)濟(jì)且能耗較低的前提下，獲得舒適的生活環(huán)境，也使更多不可再生資源得以留給子孫后代，因此具有深遠(yuǎn)的意義。外墻外保溫系統(tǒng)已被普遍認(rèn)為是最有效的建筑節(jié)能措施之一，同時(shí)也是改善天氣環(huán)境，發(fā)揮投資效益的強(qiáng)有力手段。外墻外保溫由于是用保溫材料將建筑物整體包了起來(lái)，切斷了冷橋，減少了空氣及濕氣的侵入，具有保溫與隔熱雙重功效，同時(shí)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)也起到一定的保護(hù)作用。但傳統(tǒng)的外保溫體系聚苯顆粒砂漿、EPS板和XPS板體系施工繁瑣，造價(jià)高、易開(kāi)裂，保溫效果也存在一定問(wèn)題。為此研發(fā)了新型高效保溫隔熱涂料——水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料，其施工方便，耐候、耐污染，裝飾性好，且節(jié)能環(huán)保，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1·水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料的研制

1.1 試驗(yàn)部分

1.1.1 試驗(yàn)原料

水性乳液：AC-261C、AC-261p，純丙烯酸硬性乳液，2468彈性純丙乳液，陶氏；AP-5085彈性乳液：上海昭和化工公司；RS-7320彈性乳液，RS-9689彈性乳液，RS-706純丙乳液，上海巴德富公司；反射隔熱顏料粉：803-HT，上海羽唐公司，Y106，上海維來(lái)新材料科技公司；空心微珠：美國(guó)3M公司，上海外電公司；鈦白粉：R706，杜邦公司，R828，群升國(guó)貿(mào)公司；云母粉：國(guó)產(chǎn)；潤(rùn)濕分散劑、消泡劑、增稠劑：上海海川公司；成膜助劑：群升國(guó)貿(mào)公司。

1.1.2 水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料基本配方

水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料基本配方見(jiàn)表1。

表1 水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料基本配方

1.2 涂料制備

分散罐中依次加入85%配方量的去離子水、分散潤(rùn)濕劑、消泡劑、pH調(diào)節(jié)劑、成膜助劑，以1000～1200r/min高速分散5～10min；加入鈦白粉、云母粉，以1000～1200r/min，高速分散20～30min；上砂磨機(jī)高轉(zhuǎn)速研磨至細(xì)度≤30μm，然后在低速(500～600r/min)分散條件下加入反射隔熱顏料粉及空心微珠粉，攪拌分散5～10min；加入乳液，以500～600r/min攪拌分散5～10min；加入增稠劑和剩余15%去離子水，以500～600r/min調(diào)漆5～10min，即得到產(chǎn)品。

1.3 性能檢測(cè)

按照GB/T9755—2001合成樹(shù)脂乳液外墻涂料及JG/T210—2005彈性外墻涂料的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)基本性能。

熱性能采用紅外燈照射，以紅外熱象儀法測(cè)隔熱溫差。檢測(cè)設(shè)備：(1)TI32紅外熱象儀：美國(guó)FlUKE公司；(2)紅外燈；(3)旋轉(zhuǎn)托盤(pán)(3r/min)。檢測(cè)方法：(1)加熱：2只紅外燈在不同角度以0.5m距離加熱，測(cè)試樣板放置在轉(zhuǎn)盤(pán)上緩慢旋轉(zhuǎn)，使樣板整個(gè)面都平均受光。(2)取像：在不同時(shí)間點(diǎn)，用紅外成象儀在樣板正面和反面同時(shí)拍攝紅外圖(見(jiàn)圖1)。(3)取數(shù)據(jù)：根據(jù)所取紅外圖，用該設(shè)備專(zhuān)業(yè)軟件計(jì)算所拍攝樣板的面平均溫度數(shù)據(jù)。

圖1 樣板正反面紅外圖

 溫差測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 溫差測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)告

通過(guò)多次的試驗(yàn)、測(cè)試，最終確認(rèn)原料和配方，產(chǎn)品按照GB/T25261—2009標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，其結(jié)果如下：

    (1)固體含量>58%；

    (2)黏度>110KU；

    (3)涂布量：2～3m2/L(涂膜厚度：150～200μm)；

    (4)延伸率：>150%；

    (5)耐水(120h)：漆膜不損壞；

    (6)耐堿(120h)：漆膜不損壞；

    (7)耐人工老化：500h；

    (8)太陽(yáng)光反射指數(shù)：0.89；

    (9)導(dǎo)熱系數(shù)：<0.16w/m·k；

    (10)半球發(fā)射率：0.9；

    (11)隔熱性，溫差：17～18℃。

2·結(jié)果與討論

2.1 成膜物質(zhì)乳液的選擇

按照GB/T25261—2009標(biāo)準(zhǔn)的要求，乳液不僅要具有很好的附著力和包覆性，還應(yīng)具有很好的耐候性，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定產(chǎn)品的耐人工老化性能和耐沾污性能應(yīng)滿足國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的最高等級(jí)要求，即彈性體外墻涂料的耐人工老化性能要達(dá)到400h以上，耐沾污性>30；非彈性體外墻涂料耐人工老化性能要達(dá)到600h以上，耐沾污性>15。按照上述基本配方乳液(28%～32%)+鈦白粉(25%)+空心微珠(10%)進(jìn)行簡(jiǎn)單的涂料配制測(cè)試涂膜耐人工老化性，以確認(rèn)乳液的耐候性。結(jié)果顯示，上述所選的乳液均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但還要注意：

(1)考慮到實(shí)際應(yīng)用中，基層表面都有一層厚厚的保溫膩?zhàn)訉�，無(wú)法保證其不會(huì)開(kāi)裂，從而影響保溫效果和裝飾效果，所以優(yōu)先選用彈性乳液。

(2)乳液干膜應(yīng)具有非常好的透明性，這樣有利于反射太陽(yáng)光。

(3)乳液干膜應(yīng)具有非常好的耐沾污性，否則在一段時(shí)間后，其表面會(huì)粘附一定量的灰塵，對(duì)反射太陽(yáng)光產(chǎn)生影響。

綜上所述，本產(chǎn)品選用新型自交聯(lián)彈性乳液，固化反應(yīng)后形成核殼效應(yīng)，內(nèi)軟具有彈性，外硬具有很好的耐沾污性，克服了傳統(tǒng)彈性涂料容易污染和低壽命的缺點(diǎn)，涂膜長(zhǎng)久清新，表面不會(huì)粘附灰塵，因此具有很好的反射太陽(yáng)熱能的作用，有效提高了保溫隔熱作用。涂膜具有伸展性、防開(kāi)裂性及防水性，同時(shí)又具有一般涂料的防霉、防藻、附著力強(qiáng)等優(yōu)異特性。

2.2 對(duì)空心微珠的選擇

空心微珠品種較多，主要有空心玻璃微珠、陶瓷微珠和合成樹(shù)脂微珠，其粒徑大小和比重也有不同。粒徑越大，比重越小，空腔的體積就越大，但孔壁也就越薄，越易破碎。選擇粒徑大的微珠，能顯著降低導(dǎo)熱系數(shù)，保溫隔熱效果好，但其在涂料中很易上浮，后增稠嚴(yán)重，且涂膜易開(kāi)裂，因此不能加入太多。如選擇粒徑小的，則比重大，易下沉，而且由于空腔體積小，使保溫隔熱性能差。因此要選擇在配方中適合的空心微珠，獲得最大限度的加入量，而且配方要穩(wěn)定，保證最好的保溫隔熱效果，達(dá)到各方面的平衡，微珠還要有一定的壁厚，以達(dá)到施工中不破壁，不影響保溫性能。

還要注意的是微珠的球體，質(zhì)量好的廠家生產(chǎn)的微珠應(yīng)該都是均勻的正球體，不應(yīng)出現(xiàn)扁形或者橢球形的，均勻的正球體對(duì)于從各個(gè)方面入射度的太陽(yáng)光都有較好的反射比，在涂料中能形成很多微觀的獨(dú)立絕熱腔體，具有反射、散射太陽(yáng)光的作用。該微珠粉熔點(diǎn)在700℃以上，大大提高了涂層的耐溫性，能起到很好的防火作用，而且由于其化學(xué)惰性，表面具有抗化學(xué)腐蝕功能，顆粒在涂料中緊密排列，又起到很好的防腐作用。

2.3 對(duì)反射隔熱顏料的選擇

反射隔熱顏料具有將吸收太陽(yáng)能反射出去的功能，能夠起到屏蔽紅外線熱輻射的作用，其種類(lèi)也很多，如金屬氧化物類(lèi)；超細(xì)納米二氧化鈦改性類(lèi)；表面包覆金屬氧化物類(lèi)等，原則上選具有很好反射太陽(yáng)光功能的產(chǎn)品，另外還要具有匹配的耐候性。以基礎(chǔ)配方測(cè)試確認(rèn)反射隔熱顏料的耐候性，確保達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的最高等級(jí)人工老化要求。

2.4 各組分配比的確定及對(duì)性能的影響

2.4.1 乳液量的確定

水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料，是在彈性涂料或外墻涂料的基礎(chǔ)上，加入空心微珠和反射隔熱顏料制得的，按照GB/T25261—2009反射隔熱涂料標(biāo)準(zhǔn)要求，乳液用量如前所述確定為28%～32%。

2.4.2 鈦白粉

鈦白粉作為白色顏料在反射隔熱涂料中是必不可少的，因?yàn)榘咨�反射可�?jiàn)太陽(yáng)光能力最強(qiáng)，且對(duì)紅外線也有一定的反射作用，所以好的反射涂料一般以淺色較多。鈦白粉不僅反射陽(yáng)光，還為涂料提供了優(yōu)異的遮蓋力，所以在水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料中也是主要的原料之一，在基礎(chǔ)配方中的加量為18%～20%。

2.4.3 空心微珠粉

由于空心微珠粉中空體輕，體積大，易漂浮，當(dāng)加量超過(guò)10%時(shí)，涂料黏度變大，放置會(huì)增稠，沒(méi)有流動(dòng)性。

不同用量的空心微珠對(duì)涂料流動(dòng)性的影響見(jiàn)表3。

 

表3 不同用量的空心微珠對(duì)涂料流動(dòng)性的影響

2.4.4 反射隔熱顏料

當(dāng)其他組分確定后，隨著熱反射顏料添加量的增加，試板的正反面溫度差會(huì)增大，但當(dāng)超過(guò)一定量后溫度變化較緩慢，說(shuō)明當(dāng)加入到一定量后，該反射顏料均勻分布，已沒(méi)有足夠的空隙讓太陽(yáng)光透過(guò)了，不能再增加反射。為了達(dá)到涂料性能及價(jià)格平衡，應(yīng)和空心微珠配合使用。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)按JG/T235—2008建筑反射隔熱涂料(WQ型)，反射隔熱顏料粉的用量對(duì)隔熱性能的影響見(jiàn)表4。

表4 反射隔熱顏料粉的用量對(duì)隔熱性能的影響

 2.4.5 調(diào)色對(duì)隔熱性能的影響

 將做好的水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料加入5%鐵黃漿，調(diào)成中黃色涂料，與白色涂料對(duì)比檢測(cè)太陽(yáng)光反射比和半球反射率，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 白色與黃色涂料太陽(yáng)光反射率對(duì)比

實(shí)驗(yàn)表明，純白色具有較高的太陽(yáng)反射比，調(diào)入其他顏色后，對(duì)太陽(yáng)反射比影響較大，對(duì)半球發(fā)射率影響不大。如何能使太陽(yáng)光反射比、半球發(fā)射率數(shù)據(jù)都達(dá)到0.9以上，其他各種顏色能達(dá)到更高的太陽(yáng)光反射比，是下一步研究中需要解決的問(wèn)題。

3·涂裝工藝

(1)在涂裝前先將墻面處理干凈，含水率8%，PH<10，較大縫隙用專(zhuān)用膩?zhàn)有扪a(bǔ)。

(2)批刮保溫膩?zhàn)�，�?/font>3～4次批刮，總厚度4～5mm，再批一道批光膩?zhàn)樱�打磨光滑�?/font>