0 引 言

日光热反射涂料是一种重要的节能型功能涂料, 在建筑、石化、工业等领域的广泛使用, 可以有效降低对电力、水资源的需求。所以目前研究与开发方兴未艾, 并大多形成专利产品 。现代涂料工业的发展, 除了要求涂料本身的性能优异、环保外, 对于涂装的要求也很重要。有资料表明, 涂料与涂装费之比约为15% ~ 30% :85% ~ 70%  。另外, 单涂层体系较多涂层体系在运输、购买、使用上有很大的优势。对于日光热反射涂料而言, 单涂层体系可以更好地控制涂层的平整性, 这样可以增加涂层的太阳光反射能力, 进而提高其节能降温效果 。对于一般由多层体系组成的金属用涂料而言, 重要的是提供防腐蚀保护作用, 各层涂料针对所接触的不同介质, 有不同的要求 。这样, 将涂料的多种性能都在单一涂层中体现,获得综合性能突出的涂层产品是比较困难的。本研究在成功研制双涂层金属用日光热反射涂料的基础上, 着力探讨单层涂料的研制, 此单层涂料要体现出良好的隔热降温功能和防腐性能。

 

1 实验部分

1. 1 原料及设备

1. 1. 1 原料

试验所用原料如表1所列。

1. 1. 2 设备

高速分散搅拌机: 570型, 广东茂兴机械设备厂; 太阳热反射率测定装置: 自制, 参见文献[ 6]; 紫外- 可见- 近红外分光光度计(带积分球装置): 日本岛津- 3101PC 型; 傅里叶变换红外光谱仪: 美国Perk in- E lme r spec trum - 2000型; Ku- 1型黏度计: Brookfield公司; pH s- 25型电子pH 计: 上海精密科学仪器有限公司。

1. 2 试验方法

( 1)配漆: 称取所需成膜物质、颜料和助剂, 保持适当配比和用量, 采用高速分散搅拌机混合配制。

( 2)涂层太阳热反射率的测定计算方法: 参照美国军标M IL) E) 46117中所规定的检测方法和青岛海洋化工研究院推荐的测试方法, 选用国内相同功能的仪器建立起一套检测系统, 测定计算方法相同[ 6] 。
 

2 结果与讨论

2. 1 树脂的选择

丙烯酸树脂的耐候性良好, 通过乳胶粒子的分子设计, 可以满足一般的防腐装饰要求, 在金属表面使用[ 7] 。所以本研究采用Prim a lÒ WL - 100 作为成膜物质, 其玻璃化温度为48ºc 。

2. 2 颜填料的选择

根据应用需要, 选择二氧化钛、云母粉、磷酸锌、沉淀硫酸钡和滑石粉等。采用片状云母粉, 可以有效阻碍腐蚀介质对漆膜的渗透, 起到防腐蚀作用; 丙烯酸树脂透水气性比较高,采用磷酸锌防锈颜料与透过漆膜微量的水反应生成的产物使金属底材表面磷化, 从而防止腐蚀发生; 沉淀硫酸钡吸油量低, 可以增强涂层对基材表面的沉积性; 滑石粉可以增强涂层的耐冲击性。另外, 根据辐射降温原理, 如果物体在"大气窗口"范围内的辐射能力强, 就能把物体的热量辐射到外层空间去, 从而达到降温的目的[ 8] 。本研究选用的云母粉、滑石粉和沉淀硫酸钡等填料在8~ 13 Lm 这一"大气窗口"波段内强烈吸收[ 9] 。

2. 3 助剂的选择

单层涂膜体系的助剂选择, 要考虑到与乳液的相容性和与颜料体系的匹配性。

2. 3. 1 分散剂

根据黏度降低原理, 发现分散白色单层涂料浆体系, 分散剂H ydropa latÒ 100和TegoÒ D ispers 750W 佳用量差不多,对于本体系使用量在31 5 g 左右, 体系黏度达到低[ 10] 。涂层的耐水性也是涂层耐腐蚀性能的一个方面, 对于水性涂料,尤其要考察其耐水性。H ydropa latÒ 100的成分是一种疏水改性共聚物胺盐; TegoÒ D ispe rs750W 的主要成分是疏水改性聚合物。采用这两种分散剂制备的涂层的耐水性也较好。
2. 3. 2 消泡剂

使用矿物油类含有机硅的消泡剂Serdas7015可以起到很好的消泡作用, 但是导致涂层失光。使用有机硅类的消泡剂TegoÒ Foam ex 1488 消泡效果良好, 并且对涂层的光泽没有影响。

2. 3. 3 成膜助剂

陶氏( DOW )成膜助剂DPnB成膜性能良好, 形成的涂膜平整性好, 对涂料体系有增稠作用。

2. 3. 4 流变助剂

本颜料体系含有吸水量较大的颜填料: 云母粉、滑石粉和磷酸锌, 这样会给体系带来自增稠现象, 同时使用的成膜助剂DPnB 对体系也有增稠作用, 所以可以只选用Acryso lÒ RM -2020NPR作为流平剂。

2. 3. 5 防闪蚀剂

单层涂料直接涂饰在金属表面, 需要采用防闪蚀剂来防止闪锈的发生[ 11]。防闪蚀剂SER- AD FA 179(荷兰盛沃造)是含多种溶剂的螯合锌类化合物, 对含铁基材表现出强亲和力, 可以形成钝化层防止腐蚀, 对水的敏感低, 适宜本体系。亚硝酸钠成本低, 防闪蚀效果好, 但是对涂层的附着力有影响。

2. 3. 6 其他助剂

当涂料需长期保存时, 需要使用抗菌剂。可以使用丙二醇作为防冻剂, 添加少量氨水( 30% )调节体系的pH 值。

2. 3. 7 特种助剂

为了保证涂层的综合性能, 配制单涂层体系涂料需要使用多种颜填料。涂层中颜填料量大类多, 根据以往研究结果,颜料之间的相互作用形成聚集体结构, 影响涂层对光线的散射能力[ 12]。为此, 本研究采用了一种特殊助剂T。图1为采用特殊助剂后涂层的日光热反射能力。

采用涂层太阳热反射率的测定计算方法测定涂层温度。由图1可以看出, 采用特种助剂T可以显著降低涂层的温度。特种助剂T的成分是一种无定型、多孔硅酸制品, BET 表面积达100~ 400 m2 /g, 这种助剂可以显著地增加涂层中颜料的间距, 使体系中颜填料呈单分散性粒子形态存在的数目增多, 粒径适宜, 防止因为多重反射而造成的吸收。