建筑反射隔热涂料的制备及性能研究
蔡鹏,应向东,万成龙,宋连根,姚齐
(江西省建筑材料工业科学研究设计院,江西南昌330001)
0 引言
太阳反射隔热涂料是一种能够反射太阳光,降低太阳热吸收,起到隔热降温作用的涂料。通过涂覆太阳反射隔热涂料可以提高建筑屋顶和外表面的反射率[1],太阳照射越强烈,建筑物内外表面的温度差越大,室内保持较低的温度,缩短空调使用时间,减少能耗。建筑反射隔热涂料因经济、使用方便、环保和节能效果好等优点越来越受到人们的青睐[2],市场前景光明,其推广应用具有十分重要的经济价值和生态社会效益。
1 实验
1.1 原材料
弹性乳液:市售;金红石二氧化钛:RCL-828,澳洲美礼联公司;煅烧高岭土(1250 目):宜兴市诚质化工原料有限公司;空心玻璃微珠:PQ-6030,广州伊高化工有限公司;反光粉:YT-803,上海羽唐实业有限公司;空心陶瓷微珠:3M;分散剂:SN5040,广州冠志化工有限公司;润湿剂:X405,陶氏化学;消泡剂:8034L,科宁化工有限公司;AMP-95:广州冠志化工有限公司;丙二醇:广州冠志化工有限公司;醇酯-12:伊士曼化工公司;增稠剂:TT-935,陶氏;硅烷偶联剂:KH-570,武汉市高创有机硅新材料有限公司;杀菌剂:陶氏。
1.2 涂料的制备
反射隔热弹性涂料基本配方见表1。
按表1 的基本配方称取各种颜、填料和助剂,在低速搅拌下,依次加入去离子水、润湿剂、分散剂、部分消泡剂、硅烷偶联剂、丙二醇等助剂搅拌混合均匀,再加入二氧化钛、高岭土、反光粉、陶瓷微珠等颜、填料高速分散研磨细化,低速搅拌下加入乳液、成膜助剂、玻璃微珠、杀菌剂、剩下的消泡剂,并调到合适的pH 值和黏度,过滤,出料。
1.3 实验仪器与测试
高速分散机:JJ-1;拉伸强度测试:CMT 6104 万能电子拉力试验机,参照标准GB/T 528—1998;耐沾污测试:C84-Ⅱ反射率测定仪,参照标准GB/T 9755—2001;耐洗涮性:QFS 涂层耐洗刷测定仪,参照标准GB/T 9266—2009;隔热温差测试:装置按JG/T 235—2008《建筑反射隔热涂料》标准自制,测试参照标准JG/T 235—2008。隔热温差测试装置如图1 所示[3]。
2 结果与讨论
乳液和功能填料是建筑反射隔热涂料的重要组成部分,直接关系到涂膜性能的优劣,乳液应该具有优异的耐水性、耐候性,涂膜还应该具备合适的弹性,从而消除建筑物形变所产生的应力,形成弥补微裂纹的能力。此外,涂膜还应具有良好的耐沾污性。功能填料的加入主要是提高涂膜的太阳反射比和半球发射率,起到良好的反射隔热效果。
2.1 乳液的种类对涂膜性能的影响
乳液作为外墙涂料的主要成膜物质,影响着外墙涂料的主要性能。弹性涂料中乳液的选择尤为重要,外墙涂料乳液既要能够达到耐水、耐洗刷、拉伸强度、断裂伸长率的技术要求,又要达到耐沾污性的要求。本实验选用市售5 种弹性乳液制成反射隔热弹性涂料,其主要性能见表2。
从表2 中可以看出,不同的弹性乳液制备的涂膜隔热性能都较好,但漆膜耐沾污性能差别较大。弹性乳液A、C、D、E 制成的涂料耐沾污性都在20%以上,而乳液B 制成的涂膜的耐沾污性较好,耐沾污为10.1%。B 乳液表面设计成亲水性,使用了特殊的亲水性官能基,这是因为亲水性涂膜具有憎油性,一些亲油性污染物很难附着,即使附着也黏附不牢,而亲水性污染物在坚硬、平滑、低静电的表面也难以附着,亲水性涂膜表面的亲水性基团具有低带电性,与带电浮游污染颗粒之间的静电引力小,使其难于附着在涂层表面;因此涂膜耐沾污性较好。在实际使用过程中,由于雨水对表面的润湿,水的接触角变小,使粘附在涂层上的亲水亲油性污染物很容易被雨水冲洗掉,可以成为自清洁涂料。
2.2 玻璃微珠的含量对涂膜性能的影响
热反射隔热涂料的关键是提高涂层的光热反射率和热辐射率。空心玻璃微珠呈密闭空心微球状,添加到涂料中形成许多微观的独立绝热腔体,可以提高涂膜的绝热性,起到很好的反射隔热效果。
2.2.1 玻璃微珠的含量对涂膜隔热性能的影响
在基础配方中加入不同量的空心玻璃微珠,研究不同玻璃微珠含量对涂膜隔热性能的影响,见表3。
从表3 中可以看出,涂层中加入玻璃微珠能明显改善涂层的隔热效果。在干膜厚度相同的情况下,随着空心玻璃微珠含量的增加,板内侧温度随着会逐渐降低,隔热效果更为明显。玻璃微珠的量为50 g 时,板内测中心温度可降低12 ℃左右。继续增加玻璃微珠含量,板内测温度降低不再明显。当玻璃微珠含量较少时,其在涂层中排布稀疏,不能形成致密的反射层,光线能够透射穿过涂膜,反射隔热效果不明显;随着空心玻璃微珠含量的增加,其在涂膜中排列的逐渐致密,涂膜的隔热效果显著增加;当玻璃微珠用量在50 g 左右时,其在涂膜中排列致密,逐渐趋于饱和状态,此时太阳光的反射率达到大[3],隔热效果好;继续增加玻璃微珠的含量,只能增加玻璃微珠在涂膜中的密度,对玻璃微珠在涂膜表面的排列密度不再产生影响,只是涂膜中形成的微观的独立绝热腔体比较多,从而使涂层导热系数略有降低,板内侧温度降低不再明显。