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智能型反射隔热保温涂料的制备研究,研制的反射隔热保温涂料是一种主动式和智能型的隔热保温涂料
2020年01月15日    阅读量:3609     新闻来源:中国建材网 cnprofit.com    |  投稿

0 引言

近年来,随着城市建设的高速发展,全球大部分人口集中生活在城市或城镇,导致城市人口增长、工业发达、交通拥塞、大气污染严重,同时,城市面积(水泥森林)增长指数也越来越大,它的热传导率和热容量都很高,加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用。


因此,城市热岛效应(指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上,郊区气温变化很小,而城区则是一个高温区,就象突出海面的岛屿,由于这种岛屿代表高温的城市区域,所以就被形象地称为城市热岛)变得越来越明显,平均城市温度会比城市外围温度高4~8 ℃,如图1 所示中国建材网cnprofit.com


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图1 城市热岛效应图

随着全球变暖以及能源消耗的加剧,城市的热岛效应也更加明显。对于隔热涂料等智能型太阳能热管理方案的需求也在不断地增长。热的传递有三种形式:传导、对流和辐射,隔热保温涂料就是通过阻断热量传递来起作用。


近几年,对隔热涂料的研究和应用日益增多,其中对于反射隔热保温涂料的研究中,采取的反射太阳光的主要物质均是空心玻璃微珠,乳液只是作为成膜物质,即粘结剂[1-4]。


本文研制的反射隔热保温涂料是一种主动式和智能型的隔热保温涂料,采用具有隔热保温功能的乳液与高折射率微珠相结合,通过反射太阳光来达到隔热目的。


在合成胶乳BYD-2650 的乳液聚合过程中,乳液微粒中嵌入绝热材料分子,在日照条件下,这些分子微粒产生运动,将热能传递至基材底层而散发,从而达到隔热的目的。乳液在这里不仅是成膜物质,更是起到隔热保温效果的智能型原材料。白色涂料中再加入高折射率微珠,提高涂层对太阳光的反射比。


1 实验部分

1.1 实验用原材料

水;丙二醇;杀菌剂;分散剂;消泡剂SF-208;增稠剂;pH 调节剂APM95;高折射率微珠,具有回归反射特性,白色球形粉末,折射率为1.93 ± 0.01,主要成分为TiO2-BaO-SiO2:广州兆通玻璃微珠商行;钛白粉TRONOXCR-828:澳洲科美基钛白粉,上海欣春国际贸易有限公司;合成胶乳BYD-2650 丙烯酸酯共聚乳液:宝易达公司。

1.2 实验仪器

小型多功能研磨分散机;STM-ⅣB 斯托默黏度计;QSP型ISO 刮板细度计;太阳光反射比测试装置及仪表;半球发射率测试装置及仪表;隔热温差测试装置系统。

1.3 基本配方

配方(白色涂料)见表1。

表1 白色涂料配方

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2 性能测试与结果

实验研究的智能型反射隔热保温涂料主要性能要求与结果如表2 所示,检测标准为JG/T 235—2008《建筑反射隔热涂料》。

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注:(1) 屋面反射隔热涂料还应符合GB 50345 规定的技术要求,且耐人工气候老化性应符合GB/T 9755 中优等品的要求;

(2) 外墙反射隔热涂料还应符合GB/T 9755 或GB/T 9757 或HG/T3792 或JG/T 172 规定的技术要求;

(3) WM 型为屋面反射隔热涂料,WQ 型为外墙反射隔热涂料。



3 实验结果影响因素讨论

3.1 实验结果讨论

反射隔热保温涂料应具有较高太阳光反射比和较高半球发射率。太阳热反射比是指涂层反射的辐射功率与入射的辐射功率之比,反射比的高低能够直观反映出太阳热反射型涂料的隔热降温效果[5]。


半球发射率是指热辐射体在半球方向上的辐射出射度与处于相同温度的全辐射体(黑体)的辐射出射度之比值。隔热温差是指在指定热源照射下,空白试板与隔热试板背向热源一侧的表面温度的差值。隔热温差衰减是指在指定热源照射下,耐沾污试验后与耐沾污试验前隔热试板背向热源一侧的表面温度的差值。


从表2 可知,实验研究的智能型反射隔热保温涂料具有较高的太阳反射比和较高的半球发射率,对太阳热具有很好的反射效果。


3.2 影响因素讨论

热反射涂层的主要指标热反射率取决于颜料与树脂折光指数的比值、涂层厚度、颜料粒径和纯度以及涂料的PVC(颜料体积浓度)。


3.2.1 颜料的影响

越接近白色,物体对太阳光的反射越强,即颜色越浅,涂料热反射功能越好,对太阳热的吸收越少,更节能。颜料对可见光和近红外辐射的散射能力取决于折光指数的差异。散射率m 定义为颜料与树脂折光指数的比值:m=np/nR。np 为颜料的折光指数(常用颜料的折光指数为1.4~2.8),nR 为树脂的的折光指数(常用树脂的折光指数为1.45~1.50,变化很小)。要达到高反射率,必须选用折光指数高的颜料。几种常用物质的折光指数见表3。

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由表3 可知,金红石型钛白粉的折光指数最高。所以,本文中选择金红石型钛白粉CR-828 作为白色颜料。

3.2.2 高折射率微珠的影响

高折射玻璃微珠主要具有回归反射特性。所谓回归反射是一种光学现象,当光线照射到透镜之类的物体上,经折射后聚集,再从焦点反射又经透镜折射回归光源方向,这就是回归反射。高折射玻璃微珠呈圆形或者近似圆形,表面为光滑坚硬、结构致密的玻璃体,对各种液体介质几乎不吸收,能够很好地反射光、热等入射波。高折射玻璃微珠可以赋予涂层特殊性能:①能够提高涂料的绝热性能和赋予涂膜更好的增白遮蔽效果,能够反射80%~90%的日光辐射热能,可防止涂膜结构中成膜物质的降解,延长使用寿命;②具有高效的填充性,能够减少涂料中基料的使用;③能够增强涂料的流平性、平滑性,明显改善涂膜硬度、抗刮伤等机械性能;④使涂膜具有更好的防污染、防腐蚀和耐黄变性能;⑤高折射率微珠具有较高的折射率,反光强度高,使用效果好。

3.2.3 涂层厚度的影响

在一定涂层厚度范围内,涂层的反射率随其厚度增加而提高,但是厚度达到一定值时,光线并不能透过涂层照射到底材,此时再增加涂层厚度,对涂层的反射率影响不大。一般涂层厚度以20~40 μm 为宜[6]。


4 施工工艺

反射型隔热保温涂料的施工工艺与一般涂料的施工工艺基本相同,施工时必须考虑到环境的温度与湿度,应不低于涂料的最低成膜温度,且湿度不能太大。一般情况下,要求施工温度为5~35 ℃,相对湿度不超过85%;基材含水率应在10%以下,pH 小于10。为了保证涂料的施工质量,不管什么基材,均要求坚实、干净,允许稍有不平和潮湿。凸起的砂浆、混凝土块等物必须铲除,结尘、浮灰和锈点等各种粘附物应予清除。如有凹坑、孔洞、裂缝等,应用腻子补平。基材表面应无油脂等污染物和霉斑,油迹可用5%~10%浓度的碱液洗除,霉斑可用3%氟硅酸锌或0.5%的次氯酸钠溶液等化学去霉剂处理。木质胶合板面上若有铁钉或金属部件外露,应用金属防锈漆加以封闭。注意基材的碱性(pH<10)及含水情况,含水量不宜过高,应在10%以下。


5 结语

目前,反射型隔热涂料在工业和建筑业用于防腐涂装,起到了极佳的降温隔热作用。隔热保温涂料作为一种夏热冬冷地区建筑物保温措施的补充,是一种有效的方法,其拥有广阔的市场前景,今后将越来越多地应用于建筑节能保温领域。

本文制备的智能型反射隔热保温涂料具有高效的对太阳光的反射率、优良的抗紫外线性能、超常的耐沾污性、良好的附着力、耐洗刷性、耐酸碱腐蚀性和防霉变等性能,是现代建筑隔热保温领域性能优良、适用性强、技术含量高的一种新型建筑保温隔热材料,能缓解城市热岛效应,节约能源消耗。


智能型反射隔热保温涂料的制备研究



张熠1,陈炳耀1,陈明毅1,桂中秀2,高连海2,陈绮文2

(1.广东三和化工科技有限公司,广东中山528429;2.佛山夫田涂料化工有限公司,广东佛山528325;)


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