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水性反射隔热涂料的研究,介绍了以氟碳乳液为基料、高反射性的金红石型二氧化钛,中国建材网,cnprofit.com
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水性反射隔热涂料的研究,介绍了以氟碳乳液为基料、高反射性的金红石型二氧化钛
2020年02月05日    阅读量:365    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

0 前 言

为了使人们的居住环境冬暖夏凉,人们通过电力、石油和煤炭来达到目的,与此同时,产生了大量的CO2气体,破坏了大自然的生态平衡,造成了严重的温室效应,给人类生存带来了严重危机。为了顺应节能减排的必然趋势,水性反射隔热涂料应运而生。


1 试验部分

1.1 试验原料

氟碳乳液(北京宝威乳胶);金红石型二氧化钛、重钙、云母粉、滑石粉(利国伟业);空心玻璃微珠7040s(广州伊高)、空心玻璃微珠(秦皇岛);分散剂、消泡剂、润湿剂、增稠剂中国建材网cnprofit.com

1.2 试验仪器

三用高速分散机(天津润通精试科技发展公司)、电子秤、旋转黏度计、反射隔热测试仪(自制)、温度计(100 ℃)、红外线测温仪。

1.3 基本配方

水性热反射隔热涂料的基本配方见表1。

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水性热反射隔热涂料的基本配方

1.4 制备工艺

在搅拌的状态下,按顺序加入以上助剂,搅拌均匀后,按顺序加入颜填料,注意低速搅拌,以防将空心玻璃微珠破坏,影响保温隔热性能,搅拌30 min后,加入乳液、助剂,将涂料的黏度调整至100 KU左右,以防空心玻璃微珠上浮至乳胶漆的上层,形成干皮,且施工时不易搅匀,影响保温性能。


1.5 涂料隔热效果的测试

1.5.1 测试装置

目前我国尚无隔热涂料隔热性能的测试标准,通常采用美国军标中的试验方法进行测试[1]。测隔热效果的装置如图1所示,其中纸盒的尺寸为150mm×100 mm×70 mm,纸盒内部用5 cm的XPS聚苯板作内衬,箱顶上方30 cm处固定一个250 W的碘钨灯,模拟太阳光源进行加热,见图1。

自制的测隔热装置

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1.5.2 测试样板的制作

将空心玻璃微珠份数为0、100、150、200时所制得的样品,分别用50 μm、75 μm、100 μm的涂膜制备器在50 mm×120 mm×(0.45~0.55) mm钢板上,恒温恒湿的环境下养护7 d。


1.5.3 检测方法

将水银温度计从箱体侧面插入,并置于箱体中央,测试涂膜的隔热温度,将样板置于箱体顶部,使碘钨灯正好垂直照射样板。在打开电源之前,读出箱体内温度,用红外线测温仪测试样板的表面温度并记录。接通电源,从照射初始起计时和读数,每隔10min记录一次箱体内温度和样板表面温度,连续照射90 min后记录平衡时样板表面和箱体内的温度。按照上述方法将所制样板进行测试。


2 结果与讨论

2.1 基料的选择

成膜基料是水基涂料的主要部分,直接关系到涂料的质量。保温涂料要求基料成膜后是无色透明的,又有极好的耐水性、抗渗性、耐候性、柔韧性和与基层的黏接强度[2-3],此外,作为隔热涂料的基料还要求对太阳能的吸收率要尽可能的低,若基料中含有C—O—C、C==O、—OH等基团时,涂料的反射隔热性能将会降低,因此,应选择无以上吸热基团的基料。常用于建筑上的乳液有纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液和氟碳乳液,鉴于氟碳乳液中无吸热基团,且其耐候性最优,乳液粒径小,具有极好的包覆作用,可将颜填料、空心玻璃微珠牢固黏接在一起,使涂料的使用年限大大延长。综上所述,本试验选用氟碳乳液作为基料。


2.2 颜料的选择

反射隔热涂料应具有对可见光和近红外光的反射率高、吸收率低的特点,因此,应该选用折射率高的白色颜料,常用白色颜填料的折射率和相对遮盖力值见表2。

常用白色颜填料的折射率和相对遮盖力值由表2数据可知,金红石型钛白粉的折射率最高,遮盖力最高,因此,本试验中选用金红石型钛白粉作为颜料。

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2.3 功能性填料的选择

2.3.1 功能性填料的种类及对反射隔热性能的影响

功能性填料是影响涂膜反射隔热性的主要材料,常用的功能性填料有空心玻璃微珠、漂珠、空心陶瓷微珠等,它们的共同特点是:

①其空心球体结构能够反射太阳光,减少基层对太阳光的吸收;

②空心球体内填充了惰性气体,导热系数低,阻隔了热传导;

③圆球外形比表面积小,基料用量小,同时具有良好的流动性。

但是漂珠是从粉煤灰中提取出来,因此纯度低,颜色是浅灰色,添加量较大时,涂料的颜色较暗,使涂膜的热吸收率增加,不利于太阳光的反射及热阻;而用空心陶瓷微珠制备的涂料热贮存稳定性差。因此,本试验选用空心玻璃微珠作为功能性填料。


2.3.2 空心玻璃微珠的用量

空心玻璃微珠是一种优良的隔热材料,也常用于隔热涂料中,它是由含硅、铝等元素的氧化物材料经特殊工艺制成的薄壁、封闭的微小球体,球体内部包裹一定量的气体,它具有低密度、低导热、热稳定性好、耐冲击等优点[4-5]。空心玻璃微珠的球形特点使其具有反射太阳光热、增强涂料流平性的作用;同时作为空心密闭球体,导热系数低,可有效降低辐射传热和对流传热,从而阻隔热量传递,大大提高涂膜对热的绝缘性;此外,由于空心玻璃微珠密度小,可降低涂膜比重,近年来得到广泛应用。

空心玻璃微珠用量对隔热效果的影响

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由图2可以看出,随着空心玻璃微珠用量的增加,箱内和钢板表面的温差越来越大,即涂料的隔热效果明显提高,虽然空心玻璃微珠用量达到200份时,隔热效果最好。但是,当空心玻璃微珠的用量大于150份时,不易分散,且贮存稳定性不好,影响涂膜性能。


因此本试验确定空心玻璃微珠的用量最大为150份。由于空心玻璃微珠的诸多优点,被广泛使用,生产厂家也越来越多,产品质量参差不齐,对应用于反射隔热涂料的空心玻璃微珠要求更高,即吸油量要低,微珠破损率要尽量低,机械稳定性要好。


秦皇岛的空心玻璃微珠制成反射隔热涂料后,贮存稳定性很差,50 ℃加速一天后就成胶状,且试验中发现其吸油量很高,用显微镜观察发现破损率高,形状不是圆形;而广州伊高的7040s的性能比秦皇岛的要好,因此本试验中选用广州伊高的产品7040s。


2.4 涂膜厚度的影响

涂膜的厚度对涂料的隔热效果也有一定的影响,该性能测试以空心玻璃微珠的加量为150份时的样品为例,测试结果见图3。

膜厚对隔热效果的影响

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由图3可以看出,随着膜厚的增加,平衡时箱内和钢板表面的温差越来越大,而幅度变化越来越小,即保温效果随着膜厚增加而更优,而膜厚增加相同幅度时,隔热效率变低。但是若膜过厚,成本会明显增加,多方考虑,膜厚最好在100~130 μm。


3 结 语

(1)成膜基料对涂料的性能影响较大,但对隔热性能影响较小,氟碳乳液不含吸热基团,折射系数低,制备的涂层隔热性能好。

(2)本试验对颜填料有特殊的光学性能要求,以利于涂膜的反射隔热,金红石型钛白粉具有高反射系数,高遮盖力;而功能性填料空心玻璃微珠以其独特的性能,使隔热涂层的反射隔热性能达到极致,但其种类、用量等要严格控制。

(3)本涂料采用特种材料配制而成,对光和热具有很高的反射和散射作用,减少热量的进入,节约能源;此外,空心玻璃微珠在涂膜干燥过程中,能在表面形成一层空心隔离层,隔热同时隔音,营造安静舒适的环境。


薛小倩,刘洪亮,董立志,张 林

( 河北晨阳工贸集团有限公司,河北保定 072550)



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