一種新型隔熱性熱反射彈性涂料的制備與性能研究

一種新型隔熱性熱反射彈性涂料的制備與性能研究

0外墻現(xiàn)澆表面溫度低、存在裂紋避免室內(nèi)光線的主要途徑是將室內(nèi)光線盡可能地引入室內(nèi)，使室內(nèi)光線迅速傳播，改善熱環(huán)境。建筑防熱的主要措施有屋面、西墻的隔熱，窗口的防輻射，房間的自然通風(fēng)等。其中外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面采用高反射的隔熱涂料，以減少對太陽輻射的吸收，降低建筑物外表面溫度，從而達(dá)到降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度，減少傳入室內(nèi)熱量，是建筑防熱的重要措施之一。此外，建筑物外墻的混凝土、砂漿會由于干燥收縮、溫度變化、干濕交替、凍融循環(huán)及外力作用而產(chǎn)生裂紋?，F(xiàn)代建筑由于廣泛使用高坍落度混凝土、建筑物外型復(fù)雜化及跨度增大等原因，墻面開裂導(dǎo)致建筑物墻面滲漏的比例在不斷上升。因此，開發(fā)的太陽熱反射涂料還應(yīng)具有適應(yīng)基材開裂的能力，即優(yōu)良的動防水性能。1彈性隔膜試驗裝置目前我國尚無評價反射太陽光的隔熱涂料反射性能的標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)一些研究單位參照美國軍標(biāo)規(guī)定的方法進(jìn)行測試。我們在此基礎(chǔ)上建立的太陽熱反射彈性涂料(以下簡稱彈性隔熱涂料)隔熱性能試驗裝置示意見圖1?？紤]到建筑物基材的特性，試驗用的基板改用石棉水泥板，規(guī)格為300mm×150mm×3mm。試驗步驟為：(1）將刷涂黑醇酸磁漆的樣板(黑板)放在聚苯乙烯泡沫板上，漆面朝上，位于碘弧燈的正下方。(2）調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使黑板溫度達(dá)到平衡溫度[（87.8±0.3）℃]；隨即用待測的涂料試板撤換黑板；記錄達(dá)到平衡時涂料試板表面的溫度。通過對比在相同室溫條件下涂料試板的表面溫度，來考察太陽熱反射涂料的隔熱性能。2．熱輻射能譜分析太陽輻射是建筑物外部的主要熱源。太陽輻射的波長范圍很廣，但絕大部分能量集中在0.14～4μm波段，該波段占太陽輻射總能量的99%，其中可見光區(qū)（波長0.4～0.76μm）占50%，紅外線區(qū)（波長大于0.76μm）占43%，紫外線區(qū)占7%。輻射能量最大的波長為0.475μm。當(dāng)熱輻射能入射到物體表面時，其中一部分被反射,一部分被吸收,在某些情況下還可能有一部分透過物體從另一側(cè)傳出去（如窗玻璃）。被反射、吸收和透射的輻射能與入射輻射能之比值分別稱為該物體的反射系數(shù)γ、吸收系數(shù)ρ和透射系數(shù)τ，且γ+ρ+τ=1。彈性隔熱涂料的隔熱原理是通過涂料中的顏填料粒子將太陽熱輻射反射或?qū)⑽盏臒崮茌椛涞酵獠靠臻g，從而降低被覆物體的表面乃至內(nèi)部溫度，節(jié)約大量空調(diào)費用；同時可降低涂膜的光熱老化作用，延長其使用壽命。2.1高玻璃化溫度對薄膜拉伸性能和延伸率的影響據(jù)資料介紹，反射太陽光的強(qiáng)弱主要用物質(zhì)的折光指數(shù)來表征，合成樹脂的折光指數(shù)為1.45～1.50，這意味著選擇不同的合成樹脂對涂層的太陽熱反射效果不會有顯著的影響。因此可選擇透明度高，不含或少含吸熱基團(tuán)，對可見光和近紅外光吸收小的合成樹脂為基料。從能否形成耐久性、動防水性優(yōu)良的彈性涂膜來考慮，要求作為成膜材料的高聚物的玻璃化溫度足夠低，使其在使用溫度范圍內(nèi)處于橡膠態(tài)。由此而引起的涂膜發(fā)粘和耐沾污性差的問題，我們通過乳液混拼、表面狀態(tài)調(diào)節(jié)等方法予以解決。試驗采用自交聯(lián)型丙烯酸系乳液P1(Tg=-22℃）和純丙乳液P2(Tg=27℃），對比了不同混拼比例（P1∶P2）、不同顏料體積濃度（PVC）對涂膜拉伸強(qiáng)度和延伸率的影響(分別見圖2、圖3)。試驗結(jié)果表明，隨著混拼乳液中高玻璃化溫度乳液比例的增加，涂膜的拉伸強(qiáng)度提高、延伸率降低。在PVC為25%～50%范圍內(nèi)，隨PVC的增大，涂膜的拉伸強(qiáng)度增大、延伸率降低，當(dāng)PVC值大于30%時，變化更顯著。適當(dāng)調(diào)整乳液的混拼比例及PVC值，可使涂膜的力學(xué)性能滿足不同的使用要求。2.2色彩的選擇彈性隔熱涂料要求顏填料對可見光和近紅外光的吸收越小越好;同時，為減少太陽光透射，顏料對太陽光應(yīng)有盡可能大的散射，因此應(yīng)選用折射率高的白色顏料。我們按相同的涂料基礎(chǔ)配方對不同的顏填料（白色）及其配合比進(jìn)行了對比試驗。2.2.1測試結(jié)果對比將不同折射率的白色顏料制成涂料。在相同試驗條件下其涂膜的隔熱效果對比見表1。由表1可見，白色顏料的折射率越高，涂膜的反射率也越高，在相同的照射條件下，試件的表面溫度越低。金紅石型鈦白粉對可見光所有波長都能強(qiáng)烈地散射，很少吸收，因而隔熱效果最好。2.2.2質(zhì)量關(guān)系的影響將金紅石型鈦白粉與重質(zhì)碳酸鈣并用，并對鈦白粉占顏料總量分別為100%、67%、50%、33%制成的涂料的隔熱效果進(jìn)行對比試驗(見表2)。摻加折射率低的體質(zhì)顏料后，涂料的熱反射率有下降的趨勢。體質(zhì)顏料摻加比例越大，涂料的反射率下降越明顯。但采用m(金紅石型鈦白)∶m(重鈣)=1∶2作顏料制得的涂料的熱反射效果仍優(yōu)于用其它白色顏料制成的涂料。因此，在配制彈性隔熱涂料時將金紅石型鈦白粉與體質(zhì)顏料并用，在不明顯降低涂膜熱反射效率的前提下，可顯著降低涂料的成本。2.2.3空心微珠層析成膜球型填料具有比表面積小和吸油量低的特點，可降低基料的用量，改善涂料的流平性和平滑性?？招奈⒅榭稍谕繉觾?nèi)形成一道由空心微珠組成的真空腔體群，形成有效的熱屏障。本實驗對摻加空心硼硅酸鹽玻璃微珠、實心微珠和粉煤灰漂珠的涂料的隔熱效果進(jìn)行了對比，結(jié)果見表3。2.3涂膜耐自然性能的試驗彈性涂料一般使用低玻璃化溫度的乳液，PVC值較低，因而涂膜的耐沾污性較差。為了改善涂膜的耐沾污性，有的添加低表面能有機(jī)類耐沾污劑，它能使涂膜表面具有疏水性，受液體沾污物沾污時，可呈現(xiàn)類似水珠在荷葉上的不潤濕效果，易用水沖洗干凈。我們按GB/T9755-2001《合成樹脂乳液外墻涂料》規(guī)定的涂層耐沾污性試驗方法對摻加這類耐沾污劑的涂料進(jìn)行了試驗，發(fā)現(xiàn)涂刷粉煤灰水時，在涂膜上確實形成了不潤濕的粉煤灰水珠，但隨著水分的揮發(fā)，干燥后涂膜表面留下斑斑污痕，用水很難沖凈。本試驗采用一種新型的涂膜表面狀態(tài)調(diào)節(jié)劑，它與涂料基料有良好的相容性，不易引起縮孔、縮邊等缺陷；隨著涂層中水分的揮發(fā)能自動浮到漆膜表面，提高涂膜的平滑性，使沾附的粉煤灰較易沖洗且不形成污斑，使涂料的耐沾污性顯著提高。2.4空心微珠的制備彈性隔熱涂料的制備工藝與乳膠漆的生產(chǎn)工藝基本相同：先分散顏填料，然后在低速攪拌下加入空心微珠，攪拌分散均勻后加入乳液，再加適量的消泡劑、增稠劑等助劑。由于空心微珠的pH值較高，為防止對涂料粘度產(chǎn)生影響，微珠表面已預(yù)先用硅烷類助劑進(jìn)行了處理。因此，在攪拌分散時應(yīng)注意避免微珠的破壞，需在低速攪拌下加入。3外墻彈性涂層與其它涂料的對比按不同的使用要求，配制了2類彈性隔熱涂料：一類適用于屋面，其性能符合JC/T864-2000《聚合物乳液建筑防水涂料》的要求；另一類適用于墻面，其性能符合GB/T9755-2001的要求，且拉伸強(qiáng)度不小于1.0MPa，延伸率不小于150%,0.3MPa、0.5h不透水。對所研制的外墻彈性隔熱涂料與某進(jìn)口隔熱涂料、市售優(yōu)質(zhì)外墻涂料、鋁粉漆以及未涂涂料的空白試件進(jìn)行了隔熱性能的對比試驗，結(jié)果見表4。為模擬在太陽光照射下彈性隔熱涂料的隔熱效果，我們制作了2個空腔尺寸為長×寬×高=590mm×590mm×600mm的熱箱，熱箱的5個面用2層50mm厚的聚苯乙烯泡沫板構(gòu)成，上蓋600mm×600mm的纖維水泥試板。將彈性隔熱涂料在纖維水泥板上涂刷2道,與未涂涂料的空白基板進(jìn)行對比，測試在太陽照射下纖維水泥板內(nèi)表面及箱內(nèi)空氣的溫度，結(jié)果見圖4。測試日期為2002年9月6日。