0 前 言

建筑能耗已占我国总能耗的1/3左右，我国既有建筑有近400亿m2，基本上都是高能耗建筑，单位面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2～5倍。目前，我国新建建筑面积近20亿m2，其中95%以上仍是高耗能建筑，若不采取节能措施，到2020年将有50%全国能源消耗在建筑领域。根据住建部关于建筑节能的总体目标：未来几年，全国城镇新建筑实现节能50%，对既有建筑节能改造大城市完成25%，中等城市完成15%，小城市完成10%；到2020年北方和沿海经济发达地区新建筑实现节能65%。目前建筑节能保温形式有屋面保温、外墙保温、内墙保温3种。节能保温材料分为有机保温材料（PU发泡、聚苯乙烯泡沫、聚合酚醛树脂泡沫等）、无机保温材料（松散无机纤维及制品、多孔轻质颗粒保温砂浆、纤维+多孔颗粒混合型保温材料）、有机-无机复合型保温材料和金属类保温材料。有机保温材料的导热系数低、保温效果好，但防火安全性差；无机保温材料的导热系数较高、保温效果较差，但防火安全性好，将两种材料进行复合，可扬长避短、优势互补，是未来保温材料技术发展的重要途径。将相变材料与建筑保温材料复合，可制成相变储能保温材料，这是一种热功能复合材料，能够将能量以相变潜热的形式进行贮存，实现能量在不同时间、空间位置之间的转换[1]。本文以弹性乳液为基料，以无机纤维+无机空心颗粒+聚苯乙烯泡沫颗粒为骨料，以52#石蜡为相变材料，制备的有机-无机复合相变储能保温隔热涂料，兼具保温节能和防火安全两者并重的特点。

 

1 相变储能保温涂料的保温隔热机理

根据热能的3种传递方式——传导、对流和辐射传热机理，可以把保温隔热涂料分为阻隔型、反射型和辐射型3种绝热涂料。以阻隔型保温隔热涂料为主涂层，再以反射兼辐射功能的涂料为面层，组成“三合一型”复合功能绝热涂层，涂覆于建筑物的外墙，对提高建筑物墙体的热阻、实现冬季保温隔热、夏季降温保冷、节省能源消耗具有明显的叠加效率[2]〕。本文研制的涂料属于阻隔型保温隔热涂料。热阻R（单位：m2·K/W）的大小表明材料传输热量的阻力，是衡量材料保温隔热性能的重要参数。热阻是导热系数的倒数，热量通过厚度d的材料层所受到的热传递阻力为：

R = d/λ

保温材料的热阻越大，传输的热量越小。相变储能保温隔热涂料的热阻是由涂层的导热系数和相变储能材料的潜热共同决定的。导热系数越小，热阻越大；相变储能材料的潜热越大，热阻越大，材料的阻隔保温性能越好。导热系数λ与材料的密度、孔隙率和孔隙特征直接相关，而与材料的厚度无关。在材质相同的条件下，密度越低导热系数越小；孔隙率越高导热系数越小；孔隙尺寸越小其导热系数越小。相变材料是指在一定温度范围内，利用材料本身相态或结构变化。向环境自动吸收或释放潜热，从而达到调节环境温度的一类物质，贮存或释放的能量称为相变潜热。将适量相变材料应用于外墙保温涂料中，夏季当环境温度大于相变材料的熔点温度时，相变材料由固态转变为液态过程中，吸收太阳辐射热和墙体蓄热，并将热量贮存起来，从而降低墙面温度、减少太阳辐射热向墙体内部传导，具有等效热阻作用，相变材料的潜热越大，吸收贮存的热量越多，等效热阻作用越大；当环境温度降低至相变材料熔点以下时，相变材料由液态转变为固态，又将吸收贮存的热能释放到大气中去。应用于外墙阻隔型保温涂料中的相变材料，一般选择相变点（熔点）较高的品种（50～55 ℃），因此在低温季节（如冬季）该相变材料处于“休眠”状态对冬季保温无帮助。
 

2 试验部分

2.1 原材料的选择

自交联纯丙烯酸弹性乳液2848NG，陶氏；VAE707乳液，山西三维；玻化微珠（100～ 120 kg/m3），北京华伟佳；硅铝基空心微珠（300～500目），北京世先英华；硅酸铝纤维（3～5 mm），丰润华润；废聚苯乙烯泡沫颗粒（16～18 kg/m3），自制；海泡石粉，金源矿业；膨胀珍珠岩（80 kg/m3）市售；十八烷石蜡（熔点（50～55 ℃），北京燕化；各种助剂，市售。

2.2 基本配方
相变储能柔性保温隔热涂料的基本配方见表1。

2.3 制备工艺

（1）定型相变材料的制备[3]：将膨胀珍珠岩加入反应釜中，升温至料温80 ℃，抽真空在负压0.5～0.6mPa下，搅拌20 min，然后加入已熔融的十八烷石蜡，继续抽真空，负压为0.9～1.0 mPa，搅拌保温30 min，使石蜡液完全被膨胀珍珠岩的开口孔隙吸附，卸料、冷却，喷洒苯丙乳液包膜、干燥，制成定型相变材料。

（2）将水和渗透剂搅拌均匀，加入硅酸铝纤维进行分散、水解成纤维浆。

（3）将余量水和助剂搅拌混合均匀，加入乳液、纤维浆搅拌均匀，依次加入玻化微珠、聚苯乙烯泡沫颗粒、空心微珠、定型相变材料及海泡石粉，低速搅拌30 min，制成均匀膏状体。

2.4 性能检测

（1）常规性能检测参照GB/T20473-2006《建筑保温砂浆》标准和JG158-2004《胶粉聚苯颗粒外墙保温系统》、Q/BK001-2006标准对样品进行检测。

（2）保温隔热测试采用自制试验装置：用50 mm厚EPS泡沫板制作一个空腔尺寸为300 mm×250mm×250 mm的保温箱子，箱体上平面开一个口，尺寸为200 mm×200 mm，在开口上方25 cm高度设置1个1 000 W碘弧灯，在空腔内放置一个电子温度计探头，将测试试板嵌入箱体开口处，周边密封。

（3）试板制作：用石棉水泥板为底板，尺寸规格为200 mm×200 mm×5 mm，共计3块，分别标记为1、2、3号。1号试板上抹涂2 cm厚的普通水泥砂浆；2号试板上抹涂2 cm厚不添加石蜡的本文配方保温涂料；3号试板上抹涂2 cm厚的相变储能保温隔热涂料，养护7 d。

（4）检测方法：分别将1、2、3号试板嵌入在保温箱开口处并将四边密封，在相同室温下、相同照射时间内，观测相同时间段不同试板的箱内温度变化，列表比较试板的保温隔热性能。

2.5 性能指标

相变储能柔性保温隔热外墙涂料的性能指标见表2。

3.2 轻质材料的组合对导热系数的影响

轻质多孔材料及纤维是构成保温隔热涂料的主要骨料，是影响保温涂层导热系数高低的重要因素。降低材料的导热系数、提高涂层的保温隔热效果，有以下3条途径：（1）降低涂层的干密度；（2）提高涂层的闭孔孔隙率；（3）减小涂层内的孔隙尺寸。本文选择了玻化微珠、聚苯颗粒、硅铝基空心微珠、硅酸铝纤维、海泡石粉、膨胀珍珠岩混配组成保温隔热涂料的骨料。为了取得上述轻质材料的优配比组合，采用L16（54）正交表进行正交试验设计，其中膨胀珍珠岩作为石蜡的定型吸附材料（膨胀珍珠岩+石蜡）为固定值，不参与正交试验设计。在不考虑各因素间交

互影响的条件下，因素—水平的设置见表4。

按表4中L16（54）正交设计进行试验，16组产品各组分别加入等量定型相变材料、乳液及助剂，补足水总量为100质量分数。分别检测涂层的导热系数，结果如表5所示，极差分析见表6。