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复合外墙隔热涂料的制备和隔热性能研究,制备了2类复合外墙隔热涂料
2020年02月21日    阅读量:2495     新闻来源:中国建材网 cnprofit.com    |  投稿

薄质外墙隔热涂料是一种新型的功能性涂料, 它能够有效地阻止热传导, 降低表面涂层和内部环境的温度, 从而达到改善工作环境, 降低能耗的目的 。隔热涂料根据隔热机理可分为阻隔型、反射型及辐射型3种。


阻隔型隔热涂料属厚质传统涂料, 其隔热机理是阻抗热传递, 其技术已很成熟 ; 辐射型隔热涂料是通过辐射的形式把建筑物吸收的日照光线热量以一定的波长发射到空气中达到隔热降温, 尚无工程应用产品 ; 反射型隔热涂料的隔热机理是反射太阳光中国建材网cnprofit.com


对于薄质隔热涂料, 目前我国主要侧重于研究反射型隔热涂料, 并已成功进行工程应用 , 对于将以上3 种隔热机理结合制备复合型外墙隔热涂料的研究甚少。本研究采取2类复合方式, 一类是将反射型、辐射型、阻隔型3种功能填料按一定比例复合配制外墙隔热涂料; 


另一类是分别制备反射、辐射、阻隔涂层, 并将这3 种涂层按2种方式叠加复合, 构成外墙隔热涂层。比较了功能填料复合涂层、叠加复合涂层、反射型涂层、辐射型涂层、阻隔型涂层的隔热性能。


1 原料及设备

1.1 主要原材料

纯丙烯酸乳液; 金红石型二氧化钛; 助剂; 反射型功能填料: 防紫外线无机粉末, 实心陶瓷微珠, 空心陶瓷微珠, 反光粉; 辐射型功能填料: 纳米级和325目远红外陶瓷粉, 600目ZR- 涂料粉, A l2O3; 阻隔型功能填料: 空心玻璃微珠, 600目漂珠, 硅藻土; 所有原材料均为市售。

1.2 主要设备

FX115型高速搅拌分散机; JJ- 1型电动搅拌器; QL- 425型超声波分散机; 涂布器; 表面热电耦; 温度显示仪; 红外灯等。

 

2 试样的制备及隔热性能测试方法

2.1 试样的制备方法

( 1)将分散剂和防冻剂加入蒸馏水中, 放至电动搅拌器上低速搅拌均匀, 将二氧化钛及功能填料按密度先小后大的顺序缓慢加入, 同时根据情况加入适量消泡剂, 然后缓慢加入成膜助剂及部分增稠剂, 低速搅拌均匀后再移至高速搅拌分散机, 加入剩余的部分增稠剂, 高速分散约30 m in, 即得颜填料色浆;

( 2)将乳液缓慢加入调制好的颜填料色浆中, 低速搅拌30~ 40 m in, 调节黏度和pH, 出料待制备试样;

( 3)对于空心状的功能填料不能高速搅拌, 以免破坏其空心结构。该类型功能填料采用超声波分散约30 m in, 然后再与乳液混合均匀, 低速搅拌30~ 40 m in, 调节黏度和pH, 出料待制备试样。


2.2 试板的制备方法

制备试板采用的是JC /T 412. 2-20065纤维水泥平板第2部分: 温石棉纤维水泥平板6中6.3和6.4 规定的高密度IV级温石棉纤维水泥平板, 规格150 mmx 75 mmx 4~ 6 mm。其表面处理按GB /T 9271- 1988《色漆和清漆标准试板》的规定进行。试板的制备按GB 9152- 1988《建筑涂料涂层试板的制备》进行, 涂刷后在自然环境下放置7 d后待测。


2.3 隔热性能测试方法

( 1)绝对温升的测定

以美国军标改进后的自制装置对试样的隔热效果进行测试。装置为用50 mm 厚的聚苯乙烯泡沫板制成一个外围尺寸为360 mmx 360 mmx 250 mm 的箱子, 在箱子的上表面裁出2个对称的长方形孔洞, 尺寸以试板不下漏为宜, 试验装置示意如图1所示。

改进后测定涂料绝对温升的试验装置示意图( h = 34 cm )

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试验在空调室内进行, 以空调控制室温为( 20± 2) ℃ , 将试板置于空调室内2 h以上, 使试板温度与环境温度平衡, 测量时紧闭门窗, 保证风速为零。将2 块涂有同一试样的样板放置于红外灯正下方, 板边缘彼此相距50 mm; 开启红外灯,每隔3 m in记录两块样板在同一时间点的下表面温度; 共记录33 m in(通过试验发现, 样板被照射33 m in 后, 其下表面温度变化不超过1℃ , 视为至平衡温度) , 并取2 个温度的平均值作为该试样的平衡温度; 绝对温升为获得的平衡温度减去初始温度。


( 2)太阳反射比的测定

按GJB 2502-1996《卫星热控涂层试验方法》中方法210“ 卫星热控涂层太阳吸收比光谱测试法( 绝对法) ”的规定进行测定。

( 3)半球发射率的测定

按GJB 2502) 19965卫星热控涂层试验方法6中方法310“ 卫星热控涂层稳态量热计法半球发射率测试法”的规定进行测定。

( 4)太阳光照射下外墙隔热涂料的隔热效果测试

为测试在太阳光照射下外墙隔热涂料的隔热效果, 笔者制作了7 个空腔尺寸为长X 宽X 高= 350 mmx 350 mmx300 mm的热箱, 热箱的5 个面用聚苯乙烯泡沫板构成, 上盖360 mmx 360 mm 的纤维水泥试板。图2 为该试验装置示意图。

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太阳光照射下隔热效果测试装置示意图

选择一个太阳能够直接照射的楼房顶层, 并在四周设有一定高度的挡风墙, 高度以确保试验期间照射在试验装置上的太阳光不被挡风墙遮住。测试日期为2008年5月21日, 天气为多云转晴, 有微风; 测试时间为09: 30- 18: 30, 每隔30 m in记录一次热箱内温度。

 

3 结果与讨论

采取2种复合方式研制同时具备反射、辐射、阻隔三种隔热机理的外墙隔热涂层, 充分发挥其各自的特点和协同作用,优势互补, 使涂层的隔热效果更为显著。其中空白样为不掺任何功能填料, 颜料为二氧化钛; 反射型、辐射型、阻隔型隔热涂料配方分别见表1~ 3, 掺量均为占涂料总质量的质量分数。

反射型隔热涂料配方

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3.1 反射、辐射、阻隔型功能填料复合配制外墙隔热涂料

3.1.1 功能填料复合涂层与其他涂层的绝对温升比较

将按表4配制的功能填料复合涂层, 与反射型隔热涂层、辐射型隔热涂层及阻隔型隔热涂层比较, 采用图1热箱测试装置测定其绝对温升, 所得结果见图3。

三类功能填料的复合隔热涂料配方

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不同类型涂层的绝对温升比较

从图3可以看出, 将反射、辐射、阻隔型功能填料复合配制而得的隔热涂料, 通过热箱测定其绝对温升为27.4 ℃ , 与反射层相比降低0. 6℃ , 与辐射层相比降低3. 2℃ , 与阻隔层相比降低0.5℃ , 与空白样相比降低7.2℃ ; 并且从图中很明显地看出, 当在涂料中只掺入辐射型功能填料时, 其涂层的隔热效果较差。


3.1.2 功能填料复合涂层的太阳反射比测定

图4为功能材料复合涂层的反射光谱。

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反射、辐射、阻隔型功能材料复合涂层反射光谱

结合图4中的数据, 根据太阳反射率测定方法计算得到:该功能填料复合涂层在波长为250~ 2 500 nm范围内的太阳反射比为87%。参照JC /T 1040- 2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》中涂层太阳反射比≥83%的规定, 可知该复合涂层的太阳反射比高于该标准要求。

3. 1. 3 功能填料复合涂层的半球发射率测定

委托国家建筑材料测试中心对该功能填料复合涂层进行了半球发射率测试。根据半球发射率测定方法, 计算得到该试样的半球发射率为89%, 高于JC /T 1040- 2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》中规定涂层≥ 85%的半球发射率。


3.2 反射、辐射、阻隔涂层叠加构成复合隔热涂层

根据表1~ 3配方分别制备反射、辐射、阻隔涂层, 并将这3种涂层按2种方式叠加复合, 构成复合隔热涂层。2种叠加方式分别为: 一是底涂阻隔层, 中涂辐射层, 表涂反射层; 二是底涂辐射层, 中涂阻隔层, 表涂反射层。图5为2 种叠加方式的示意图。

复合隔热涂层叠加示意图

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3. 2. 1 叠加复合隔热涂层的绝对温升比较

按上述复合方式制成2 种试样, 采用图1 热箱测试装置测定其绝对温升, 试验结果见图6。

复合隔热涂层的绝对温升比较

从图6可以看出, 按第1种方式复合, 将阻隔层置于最底层, 利用热箱测试装置测得其绝对温升为28.3℃ , 与空白样相比降低了6. 3 ℃ ; 按第2种方式复合, 将辐射层置于最底层, 测得其绝对温升为29.5℃ , 与空白样相比降低了5. 1℃ ,则2种复合涂层的绝对温升相差1. 2 ℃ , 可见第1种复合方式优于第2种, 说明涂层对热量的辐射主要发生在上表面。同时从图6比较可知, 将各种功能填料复合配制而得的涂料, 其对太阳光的隔热效果要优于涂层叠加这种复合方式。


3. 2. 2 叠加复合隔热涂层的太阳反射比测定

基于图6中复合涂层的绝对温升比较结果, 选取按第一种方式叠加复合的涂层, 对其太阳反射比进行测定, 结果见图7。

阻隔层+ 辐射层+ 反射层构成的复合涂层的反射光谱

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结合图7的数据, 根据太阳反射率测定方法计算得到: 阻隔、辐射、反射涂层叠加构成的复合隔热涂层, 在波长为250 ~2 500 nm范围内的太阳反射比为84%。参照JC /T 1040-2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》中涂层太阳反射比≥83%的规定, 可知该复合涂层的太阳反射比符合标准要求。


3.3 太阳光照射下外墙隔热涂料的隔热效果比较

7个热箱测试装置在太阳光照射下, 箱内温度的变化情况如图8。

太阳光照射下各涂层热箱内温度

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从图8可以看出, 各箱内温度变化幅度由大到小依次是:空石棉板- 空白样- 辐射层- 反射层- 阻隔层- 隔热涂层叠加复合结构- 功能填料复合涂层。在1 天中的最热时间段12: 00-16: 30, 各涂层箱内温度与空石棉板比较, 空白样最大温差达到5. 9 ℃ , 辐射涂层达到7. 2 ℃ , 反射涂层达到9.0 ℃ ,阻隔涂层达到10. 0℃ , 叠加复合涂层达到10.2 ℃ , 功能填料复合涂层达到11.0℃ 。其中3种功能填料复合制备的涂层隔热效果最佳。


4 结 语

( 1)实验室试验数据表明, 将3种功能填料以一定比例复合配制的涂层比3种隔热机理涂层叠加而得复合涂层的隔热效果好, 更比单一隔热机理涂层的隔热效果好。该功能填料复合涂层在红外灯照射下的绝对温升为27.4℃ , 在波长为250~ 2 500 nm范围内的太阳反射比为87%, 半球发射率为89%。

( 2)通过对实际太阳光照射下外墙隔热涂料的隔热效果比较, 功能填料复合涂层的热箱内最高温度比未涂覆的空石棉板箱内温度低11.0 ℃ , 比空白样低5.5℃ , 比叠加复合涂层低0.9 ℃ , 比单涂反射涂层低2. 1 ℃ , 比单涂辐射涂层低3.8 ℃ , 比单涂阻隔涂层低1.2 ℃ , 这也表明功能填料复合涂层的隔热效果较好。


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