0 前言
在混凝土建筑物上,使用太阳热反射涂料,能明显降低夏季室内温度,节约制冷用电。涂层由于墙体变形及冷热交替所受到的应力作用,容易开裂。使用弹性乳液制成的涂料,能使开裂程度大大降低甚至避免中国建材网cnprofit.com。
但弹性涂层的耐沾污性较差,涂层表面被沾污后,不但影响美观,而且会大大降低涂层的反射率。使用自制的弹性乳液作为成膜物质、金红石型钛白粉作为反射颜料、疏水疏油的纳米二氧化硅作为表面张力助剂制成的高反射太阳热弹性涂料,达到了既有高的太阳光反射率和抗裂性能,同时也能使涂层具有长久的耐沾污性能。
1 试验部分
1.1 主要原材料
纯丙乳液:自制;钛白粉R706:杜邦;纳米二氧化硅;其他原材料,市售,包括:煅烧高岭土、重钙、疏水剂、成膜助剂Texanol、润湿分散剂、消泡剂、增稠剂、杀菌防霉剂等。基础配方如表1所示。
涂料基础配方
1.2 试验方案
(1)改变配方中钛白粉用量,考察其与涂层的反射率的关系。
(2)改变配方中乳液用量,考察其与涂层伸长率及耐沾污性能的关系。
(3) 改变配方中纳米SiO2 用量,考察其对涂层耐沾污性的影响。
1.3 涂料制备
浆料:按配方比例顺序依次加入水、杀菌剂、润湿分散剂、触变剂等助剂,低速(400~500 r/min)分散5~10 min,然后加入浆料配方总量65%钛白粉,高速分散(1 000~1 200 r/min)至浆料细度小于50 μm。用砂磨机研磨浆料,调节砂磨机流量和压力,将浆料细度研磨至10 μm以下。
调漆:将水、杀菌剂、润湿分散剂、增稠剂等依次加入分散缸中,搅拌均匀,加入煅烧高岭土、重钙等填料高速分散(1 000~1 200 r/min)至细度小于50μm,然后按照不同比例将纳米助剂、弹性乳液和上述制备好的钛白浆料加入分散缸中,中速(600~700 r/min)搅拌均匀,添加成膜助剂、杀菌剂、pH值调节剂、增稠剂至pH值8~9、黏度90~100 KU。制备成钛白粉、乳液、纳米二氧化硅含量不同的系列涂料。
1.4 涂膜制备和检测方法
涂膜制备方法和耐沾污性依据GB/T 9755—2001《合成树脂乳液外墙涂料》;
太阳光反射率(TSR)依据JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》附录A;
涂膜断裂伸长率依据JG/T 172—2005《外墙弹性建筑涂料》。
2 结果与讨论
2.1 钛白粉用量与涂层反射率的关系
根据以往的试验数据,涂层反射率主要与颜料的种类和在配方中所占比例有关,与助剂及乳液的品种和用量关系不大。白色涂层反射率最高的颜料是钛白粉,测试不同添加量钛白粉的涂层反射率测试结果如表2所示。
钛白粉用量与反射比关系
由测试结果可知,涂层太阳热反射率随钛白粉用量的增加而增加,但是当钛白粉用量超过30%后,涂层的太阳热反射率变化不大。
2.2 乳液用量对涂层弹性及耐沾污的影响
在其他材料用量不变,改变乳液用量,测试涂层的断裂伸长率及耐沾污性,测试表明乳液在配方中所占的比例不同,对涂层的弹性和耐沾污性都有较明显的影响,测试结果如表3所示。
乳液含量对涂层断裂伸长率和耐沾污性的影响
由表3可知,当乳液用量在35%时,涂层的断裂伸长率达到理想数值;涂层耐沾污性为15.9%,达到GB/T 9755—2001《合成树脂乳液外墙涂料》合格品不大于20%要求,但与一等品、优等品要求不大于15%还略有差距,因此要达到优等品的水平还需要调整纳米二氧化硅的用量。
2.3 纳米SiO2用量对涂层耐沾污性的影响
纳米SiO2分子呈三维链状结构,纳米粒子填充于颜填料粒子之间,形成活性吸附中心,在涂膜表面形成键合力,成为网状结构,大大提高了涂膜的致密性、韧性、平滑度、耐擦洗性、耐沾污性和耐老化性。纳米SiO2有效地降低了涂层表面自由能,使涂层具备了既疏水又疏油的双疏结构。纳米SiO2添加量对涂层耐沾污的影响如表4所示。
纳米SiO2用量对涂层耐沾污性影响
由测试结果可见,纳米SiO2用量为1.3%时,即可达到较好的耐沾污性。
在同一个金属桶表面分别喷涂相同厚度的普通涂层A和本文研究的双疏涂层B,在户外放置6个月后,经雨水冲洗后A、B涂层情况如图1所示。
疏水疏油涂层与普通涂层雨淋后对比照片
实际的户外放置耐沾污检测结果表明,相同户外条件下双疏涂层的耐沾污性优于普通涂层。涂层材料与水(油)的接触角越大,表面能就越低,涂层的疏水(疏油)性越强。材料表面的性质取决于材料的表面形貌和表面外层的化学组成,因而研究双疏涂层就要改进材料表面的化学组成。
在涂料中添加纳米SiO2,有效地降低了涂层表面自由能,使涂层具备优异的双疏性和自洁性,表现出耐沾污性、耐老化性等性能。
2.4 涂层的其他性能
通过优化后涂料及涂层的最终性能,按照GB/T9755—2001《合成树脂乳液外墙涂料》优等品要求检测结果见表5,涂层制备方法按照相应的检测方法要求进行。
涂层性能检测结果
3 结语
钛白粉的用量在29%为宜,再增加用量,对反射率的提高作用不大。
使用纳米双疏二氧化硅能明显提高涂层的耐沾污性,用量为1.3%即能达到良好效果。
乳液用量在30%~35%能较好做到弹性和耐污性能的平衡。
高反射太阳热弹性涂料的研制
倪正发1,郭宇1,曾东明2(1.北京京能恒基新材料有限公司,北京 100040;2.广东科顺化工实业有限公司,广东顺德 528322)