（载运工具运用工程专业论文）水性保温隔热涂料的制备及其性能研究.pdf

、一p ，、h - 0 l ，j 叮 s t u d yo np r e p a r a t i o na n dp r o p e r t i e so fw a t e r - b a s e d t h e r m a li n s u l a t i o nc o a t i n g s at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y x i a z h e nz h a n g v e h i c l eo p e r a t i o ne n g i n e e r i n g d i s s e r t a t i o n t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl i a nl i u m a y 2 0 11 a 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成博硕 士学位论文。除论文中已经注明引用的内 容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不 包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律 责任由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规 定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本 学位论文收录到中国优秀博硕士学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志 社) 、中国学位论文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物 形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密啪在以上方框内打“ ) 者擞擞一名：易、1 日期：2 0 i l 年6 月巧日 中文摘要 摘要 水性保温隔热涂料对太阳辐射具有阻隔、反射和辐射的功能，将其涂于物体 表面，能够在不消耗能量的情况下降低物体外表面和内部的温度，所以研制出综 合性能优良的水性保温隔热涂料具有重大的经济效益、环保效益和社会效益。一 本文采用乳液聚合方法，系统的探索了硅改性丙烯酸酯乳液的聚合工艺、配 方、反应条件、有机硅的添加量等对乳液性能的影响。实验结果表明：在7 5 时， 反应搅拌速度为2 5 0 r m i n 的条件下，采用预乳化聚合法，控制总单体添加量为 4 0 - 4 5 ，乳化剂体系为非离子阴离子两性乳化剂的复配体系，乳化剂含量约为 3 ，有机硅的添加量为6 唱时，可合成出综合性能较佳的硅丙乳液。在合成硅 丙乳液的基础上，进一步合成了氟硅共改性丙烯酸酯乳液，对所得的产物进行了 红外光谱、d s c 、热重、粒径及其分布、粘度等的测试；并对产物的涂膜进行了 吸水率、附着力、硬度等的分析：还对纯丙、硅丙、氟丙、氟硅丙乳液的耐水性、 耐候性、耐溶剂性等进行了系统对比。研究结果表明：氟硅丙乳液综合了有机硅、 有机氟、丙烯酸酯乳液的优点，将其作为保温隔热涂料的基料是较佳的选择。 在其它条件相同时，对比纯丙、硅丙、氟丙、氟硅丙乳液配制的涂料的性能 发现：经氟、硅改性后的乳液作为涂料基料，其保温性能和综合性能较佳。此外， 本文以自制氟硅丙乳液为基料，研究了不同颜填料对保温涂料性能的影响。研究 表明：纳米二氧化钛的保温效果好于钛白粉；四种不同功能填料的保温效果顺序 依次为：中空陶瓷微珠 中空玻璃微珠 膨胀珍珠岩 海泡石。研究还发现，粒径较 小的中空玻璃微珠保温效果较好，适当提高中空玻璃微珠的含量有助于提高涂料 的保温效果，而涂层的厚度则要根据具体的情况而定。综合来说，当氟硅丙乳液 占3 5 - - 4 0 ，钛白粉占2 0 3 0 ，中空玻璃微珠占5 0 o - 10 ，助剂占2 一3 ， 余量为水时，所配制的水性保温隔热涂料综合性能好，其保温效果与空白试样的 温差可达4 0 c - 5 0 c 。 关键词：保温涂料；硅丙乳液；，i 硅丙乳液；中空玻璃微珠 英文摘要 a b s t r a c t w a t e r - b a s e dt h e r m a li n s u l a t i o nc o a t i n gh a saf u n c t i o no f h i n d e r i n g , r e f l e c t i n ga n d e m i t i n gt h er a d i a t i o no ft h es u n a p p l i e dt ot h es u r f a c e so fo b j e c t s ，i tc a nl o w e rt h e t e m p e r a t u r eo fb o t h o u t e ra n di n n e rs u r f a c e sw i n l o u t c o n s u m i n ge n e r g y t h u s ， d e v e l o p i n gaw a t e r - b a s e di n s u l a t i o nc o a t i n gw i t hg o o dp e r f o r m a n c ec a np r o d u c e s i g n i f i c a n t l ye c o n o m i c ，e n v i r o n m e n t a la n ds o c i a lb e n e f i t s i n t h i sp a p e r ，t h es e r i e so fs i l i c o n - m o d i f i e da c r y l a t ee m u l s i o nw e r es y n t h e s i z e d s y s t e m a t i c a l l yb ya d d i n gd i f f e r e n tc o n t e n to fo r g a n i cs i l i c o na n dr e a c t i o nc o n d i t i o n s w e r ea l s oc o n d u c t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h eo v e r a l lp e r f o r m a n c eo fs y n t h e s i z e d e m u l s i o nb e c a m eb e t t e ru n d e rt h e s ec i r c u m s t a n c e so ft h et o t a lm o n o m e rc o n t e n t4 0 t o 4 5 ，3 o fe m u l s i f i e rc o n t e n t ，6 5 o fs i l i c o nc o n t e n to n2 5 0r m i ns t i r r i n gs p e e d i n t h e w a y o f p r e e m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n u s i n g t h en o n - i o n i c e m u l s i f i e r s y s t e m a n i o n i c g e n d e re m u l s i f i e ra sc o m p l e xs y s t e m o nt h eb a s i s ，f l u o r o s i l i c o n e a c r y l i ce m u l s i o n sw e r ep r e p a r e db yat e s tt h r o u g hf ti r ，d s c ，t g a ，p a r t i c l es i z e d i s t r i b u t i o n ，v i s c o s i t ya n ds oo n a n dt h et w ok i n d so ff i l m sw e r ec a s t e db yt h ew a t e r a b s o r p t i o n ，a d h e s i o na n dh a r d n e s st e s t t h i sa r t i c l ec o m p a r e dt h ep e r f o r m a n c eo f a c r y l a t e ，s i l i c o nm o d i f i e da c r y l a t e ，f l u o r i n em o d i f i e da c r y l a t ea n df l u o r i n e s i l i c o n e a c r y l a t et h o u g h tt h et e s to fw a t e rr e s i s t a n c e ，w e a t h e rr e s i s t a n c e ，s o l v e n tr e s i s t a n c ee t c t h er e s u l t ss h o wt h a t ：f l u o r i n es i l i c o nm o d i f i e de m u l s i o nc o m b i n e dt h ea d v a n t a g e so f o r g a n i cf l u o r i n e ，o r g a n i cs i l i c o na n da c r y l i ce m u l s i o n ，w h i c hi sag o o dc h o i c ea s t h e r m a li n s u l a t i o nc o a s t i n gb a s em a t e r i a l a b o v et h em e n t i o n e df o u re m u l s i o n s ，t h em o d i f i e de m u l s i o nb e c a m e s l i g h t l yb e t t e r t h a nt h eu n m o d i f i e do n eo ni n s u l a t i o np e r f o r m a n c ea n do t h e rg e n e r a lp e r f o r m a n c e t h e f l u o r o - s i l i c o n ea c r y l a t ee m u l s i o nw a sc h o s ea st h eb a s i cm a t e r i a l i na d d i t i o n ，f o u r d i f f e r e n tk i n d so ff i l l e r sw e r eu s e da st h ef u n c t i o nf i l l e ri nt h et h e r m a li n s u l a t i o nc o a t i n g t h er e s u l ts h o w st h a tt h eo r d e ra b o u tt h ei n s u l a t i o ne f f e c to ft h ec o a t i n gw a sa sf o l l o w ： h o l l o wc e r a m i cb e a d s h o l l o wg l a s sb e a d s e x p a n d e dp e r l i t s e p i o l i t e h o w e v e r ， w a t e rr e s i s t a n c e ，a l k a l ir e s i s t a n c ea n da d h e s i o no f h o l l o wc e r a m i cb e a d sb e c a m ew o r s e t h er e s e a r c hs h o w st h a th o l l o wg l a s sb e a di n s u l a t i o n sw i t hs m a l lp a n i c l e sa r eg o o da t p r e s e r v i n gh e a t i n c r e a s i n ga p p r o p r i a t e l yt h ea m o u n to fh o l l o wg l a s sb e a d sc o u l d i m p r o v et h ei n s u l a t i o ne f f e c t h o w e v e r , t h et h i c k n e s so fc o a t i n g sm a yr e d u c et h e 英文摘要 h e a t - i n s u l a t ea b i l i t y t h ea m o u n to ft h ef i l l e rs h o u l db ed e c i d e da c c o r d i n gt ot h e s p e c i f i cc i r c u m s t a n c e s i ns u m m a r y ，w h e nt h ec o n t e n to ff l u o r i n e - s i l i c o n ea c r y l a t e e m u l s i o nw a s3 5 t o4 0 ，t i t a n i u md i o x i d ew a s2 0 t o3 0 ，h o l l o wg l a s sb e a d sw a s 5 t o10 ，c h e m i c a l sa c c o u n t e dw a s2 t o3 a n dt h er e s tw a sw a t e r , t h ep r e p a r a t i o n o fw a t e r - b a s e dt h e r m a li n s u l a t i o nc o a t i n gi so fg o o do v e r a l lp e r f o r m a n c e a n dt h e t e m p e r a t u r eo fs a m p l ew i t hc o a t i n gw a s 4 0 t o5 0 a b o v eb l a n ko n e k e yw o r d s ：i n s u l a t i o nc o a t i n g z s i l i c o n - m o d i f i e da c r y l a t ee m u l s i o n ，；f l u o r o - s i l i c o n ea c r y l i c e m u l s i o n ，；h o h o wg l a s sb e a d s 目录 目录 引言- l - 第1 章文献综述2 1 1 保温隔热涂料的定义和分类2 1 2 保温隔热涂料的保温机理2 1 2 1 阻隔型保温隔热涂料的保温机理2 1 2 2 反射型保温隔热涂料的保温机理3 1 2 3 辐射型保温隔热涂料的保温机理4 1 2 4 复合型保温隔热涂料的保温机理5 1 3 影响涂料保温隔热性能的因素5 1 3 1 基料5 1 3 2 功能填料8 1 4 保温隔热涂料的国内外研究状况1 0 1 4 1 保温隔热涂料的国外研究状况1 0 1 4 2 保温隔热涂料的国内研究状况1 1 1 5 保温隔热涂料的发展方向及存在的一些问题1 1 1 6 本文的主要研究内容及创新之处1 2 第2 章有机硅改性丙烯酸酯乳液基料的合成1 4 2 1 实验部分1 5 2 1 1 实验原料与试剂1 5 2 1 2 实验仪器1 6 2 1 3 实验装置1 6 2 1 4 硅丙乳液聚合方法17 2 2 乳液性能的测试方法1 8 2 3 实验结果与讨论2 0 2 3 1 硅丙乳液的配方分析2 0 2 3 2 硅丙乳液聚合方法的选择2 4 2 3 3 硅丙乳液的结构表征2 5 2 3 4 不同反应条件对硅丙乳液聚合的影响2 6 2 3 5 总单体的添加量对乳液性能的影响3 0 2 3 6 不同乳化剂体系的选择3 2 2 3 7 乳化剂的添加量对乳液性能的影响3 3 2 3 8 有机硅d b 1 5 1 的添加量对乳液性能的影响3 6 2 3 9 本章小结4 0 第3 章有机氟硅共改性丙烯酸酯乳液基料的合成4 1 3 1 实验部分4 2 3 1 1 实验原料与试剂4 2 3 1 2 实验仪器及设备4 3 3 1 3 乳液聚合方法4 3 3 3 实验结果与讨论4 4 3 3 1 氟硅共改性丙烯酸酯的红外谱图分析4 4 3 3 2 氟硅共改性丙烯酸酯d s c 曲线的分析4 5 目录 3 3 3 氟硅共改性丙烯酸酯乳液的粒径的分析4 6 3 3 4 氟硅不同配比对乳液性能的影响4 6 3 3 5 四种不同乳液的性能对比分析4 8 3 3 6 本章小结5 0 第4 章水性保温涂料的配制及性能研究5 1 4 1 实验部分5 1 4 1 1 实验原料及仪器51 4 1 2 涂料的配方5 3 4 1 3 涂料的配制方法5 3 4 1 4 涂装试板的制备5 4 4 2 涂料的性能测试5 5 4 2 1 涂料保温性能的测试方法5 5 4 2 2 涂料常规性能的测试方法5 6 4 3 结果与讨论5 7 4 3 1 基料的确定5 7 4 3 2 钛白粉的种类对涂料性能的影响5 8 4 3 3 不同填料对涂料性能的影响6 0 4 3 4 中空玻璃微珠的粒径对涂料性能的影响6 4 4 3 5 中空玻璃微珠的用量对涂料性能的影响6 7 4 3 6 多次涂刷对保温性能的影响k 6 8 4 3 7 本章小结7 1 第5 章结论7 2 参考文献7 3 攻读学位期间发表的论文7 7 致谢7 8 、 t 引言 引言 每天太阳光都在不停地辐射到地球上，据统计，地球每秒从从太阳辐射中获 取的能量高达1 7 6 5 1 0 1 7 j 1 1 。这巨大的能量赋予了地球生命，它己成为人类的生 活不可或缺的条件，然而不可否认的是人类工业的生产和生活也因强烈的太阳辐 射而遇到各种麻烦。 首先在民用建筑中，物体连续不断地接受来自太阳的强烈辐射光后表面的温 度升高，例如在炎热的夏天建筑外墙及屋顶表面的温度可以达到4 0 5 0 ，金属物 体表面温度可以达到7 0 8 0 。c t 2 1 ，建筑外墙温度的升高也相应提高了屋内的温度。 当今社会，人类为了降低自身生活环境的温度，大量使用喷淋装置、电风扇、空 调、冷气机等，而这些降温制冷设备所消耗的能量，占全年总能耗的2 0 以上【3 】。 在工业中，各种放置易燃物的仓库，温度的升高会带来很大的安全隐患。在军事 上，很多隐身材料和隐形装备都是与太阳辐射密切相关的，温度对材料的影响可 能使设备失效从而导致战斗的失败。此外，很多材料长期暴露在强烈太阳辐射下 都会老化甚至分解，改变原有材料的物理性能、化学性能、机械性能，从而使材 料报废造成浪费。 节能已是当今时代的热门话题，因此，通过有效的办法解决强烈太阳辐射所 带来的不利影响势在必行。而保温隔热涂料正好就是这样的节能新材料，通过在 物体的外表面涂刷此涂料，能有效的阻隔、反射、辐射强烈的太阳光，在不消耗 能量的情况下就能达到降温的目的。根据美国佛罗里达州的一项调查，在夏季， 居民刷有保温隔热涂料的屋顶要比未刷涂料用空调降温的节约用电2 0 q 5 蚶4 硼。 传统的保温隔热涂料大都是有机溶剂型的，而溶剂对人类健康会有不良影响， 在倡导环保节能的今天，研究环保的水性保温隔热涂料有重要的意义，保温隔热 涂料的水性化也渐渐成了一种趋势。 本课题的主要目的就是研制用于建筑外墙和屋顶的水性保温隔热涂料，其应 能有效地阻隔、反射和辐射太阳光，并能满足室外长期经受自然环境的侵蚀要求。 文献综述 第1 章文献综述 1 1 保温隔热涂料的定义和分类 在夏季或环境的外部温度比内部温度高很多时，通过在维护结构的外面涂刷 涂料达到减少太阳辐射和室外高温的影响，从而使得其内部保持适当温度的能力， 这种涂料被称为保温隔热涂料。 根据骨料和填料的不同，保温涂料可分为：金属型铝矾土保温涂料、陶瓷保 温隔热涂料、复合硅酸盐保温涂料、空心玻珠保温涂料等【引。按加工工艺的不同， 保温涂料可分为：干粉型、加热型、常温非加热型。按传热机理不同，保温涂料 可分为：反射型、辐射型、阻隔型保温涂料三类【9 1 。 1 2 保温隔热涂料的保温机理 按照热力学第二定律，在固体内部有温差的地方，就有热量自发的从高温物 体向低温物体转移，这种由温度差引起的热量转移过程统称为热量传输，或称为 传热 1 0 】。讨论涂料的保温隔热性能，要针对热量传输的导热、对流和热辐射这三 种形式的物理本质研究保温隔热涂料的隔热机理。要想达到涂料的良好保温效果 可以通过选材、对材料进行处理和适当配比来提高材料的内表面积，以提高材料 高反射低辐射的能力【1 1 1 。一种隔热效果良好的涂料往往是两种或多种隔热机理同 时起作用的结果f 1 2 1 。因而，研制出多种隔热机理综合起作用的复合型隔热涂料将 代表未来隔热涂料的发展趋势。 1 2 1 阻隔型保温隔热涂料的保温机理 阻隔型保温隔热涂料主要是通过采用传热系数低的填料来减少涂层之间的传 热，从而达到保温隔热的目的，其中填料的导热系数越低，保温隔热效果就越好。 阻隔型隔热材料研制的基本方式采用低导热系数的组合物，此外，常温下静止空 气的导热系数为o 0 2 3 w ( m k ) 【1 3 1 ，远远低于其他固体的导热系数，因此，在涂 膜中采用低导热系数组合物或引入低导热系数的空气可获得良好的保温隔热效 果。例如，在涂料的加入中空玻璃微珠、中空陶瓷微珠，可引入导热系数极低的 无对流空气，最终形成结构疏松的涂料，它的空隙率高、密度小，是一种含水低 的多孔涂料，将它应用到建筑外墙，能达到很好的保温隔热的效果。 譬 水性保温隔热涂料的制备及性能研究 这类涂料优点是投资少，经济效益好，生产线简单，施工方便等；缺点是不 易干燥，抗冲击能力不好，附着力低，耐水性较差，季节和气候的变化也会干扰 施工，需要和防水层、防护层配合使用才能形成稳定的隔热体系( 见图1 1 ) 【1 4 1 。 配 l l 抗裂保护层 _ l l l 保护层 挈 l l i i 界面屡 奇 - l i i 基层 厂丫、 - i 、八7 l i 图1 1 外墙隔热层的辅助配套防护层 1 4 】 f i 9 1 1t h ea s s i s t a n ts h i e l do f h e a tp r e s e r v a t i o nt h e r m a li n s u l a t i o np a i n to ne x t e r i o rw a l l 1 2 2 反射型保温隔热涂料的保温机理 反射型保温隔热涂料是指当太阳光照射到物体表面时，借助涂层对太阳的高 反射率能把一部分光线再次反射回大气层中，减少对光的吸收和透过从而达到保 温隔热的目的。地球上所能接受到的太阳辐射能的波长主要分布在0 2 5 2 5 um 范 围内，在此范围，太阳光热辐射按波长不同可划分为紫外光区、可见光区、近红 外区、中远红外区 1 5 t 6 】。其中可见光和近红外光( 波长在o 4 2 5 i jm ) 集中了9 0 的太阳辐射能量。因此，填料在该波长范围内的反射率越高，保温隔热效果就越 好。制备反射型保温隔热涂料时，采用透明性好的树脂作基料，选择高反射率的 颜填料，使涂膜能反射大部分的光和热从而达到很好的保温隔热效果。 图1 2 显示的是一般涂料涂层与反射型涂料涂层热反射对比副1 1 】，可以看出反 射型涂料除了通过涂层表面反射太阳光外，还能对进入涂层内部的光有散射和二 次反射的作用，大大降低了对太阳光能量的吸收，降低了涂层上下表面的温度。 文献综述 入射光反射光 。弋71 芦 谁洲 基材 v 下 一 i 普通涂料涂层i 图1 2 普通涂料与反射型涂料的热反射对比图【1 1 】 f i g1 2t h er e f l e c t i o no fc o n v e n t i o n a lc o a t i n ga n dr e f l e c t i v ec o a t i n gf i l m s 反射型保温隔热涂料的优点是与底漆中间漆具有良好的相容性，与各种基材 的附着力好，耐候性强，一般使用的溶剂无刺激性气味，这对提倡环保的当今社 会具有重要意义，且隔热消耗效果较阻隔型保温隔热涂料明显旧。 i 2 3 辐射型保温隔热涂料的保温机理 辐射型保温隔热涂料中含有较强辐射能力的填料，它能把物体吸收的热量以 一定的波长辐射回大气层中，达到降温隔热的效果。当涂料表面受到太阳光照射 时，反射、吸收和透过各占一部分，如图1 3 所示【1 9 】。图1 3 中以p 、a 和t 分别 代表涂料层的表面总反射率、吸收率和透过率，则有p + a - i t = l 。( 8 1 3 5 um ) 代表表层吸收的太阳能转化为8 1 3 5 1 jm 波段内的红外辐射率。 1 3 5 岬) 图i 3 辐射能分配及转换示意酣1 9 】 f i 9 1 3t h es k e t c ho f d i s t r i b u t i o na n dc o n v e r s i o no f r a d i a n te l l e i g y 水性保温隔热涂料的制备及性能研究 在8 - 1 3 5 pd l 波段范围内，太阳辐射能和大气辐射能远低于地面向外层空间 的辐射能。因此，在此波段内，如果涂料的吸收率即发射率尽可能高，这样就能尽 可能多地把涂层和下层的水泥层中吸收到的太阳能中的紫外光能和可见光及近红 外光能转化为热能，以红外辐射的方式在此波段内穿过大气“红外窗口”，高效地 发射到大气外层的绝对零度区，从而达到降低温度的目的n 引。 辐射型隔热涂料的特点是只能减慢但不能阻止传热。当热量缓慢地通过隔热 层和反射层后，物体内部的温度也有所升高，此时，即使涂层外部温度降低，热 能也只能困陷其中。而辐射型隔热涂料却能够以热发射的形式将吸收的热量辐射 掉，使室内与室外以同样的速率降温【1 2 1 。但是辐射型隔热涂料原材料的选取和烧 结工艺比较复杂，想要取得较好的辐射效果还有待研究。 1 2 4 复合型保温隔热涂料的保温机理 上面所述的三种保温隔热涂料各有利弊，复合型保温隔热涂料就是将它们组 合起来，使其优势互补，让多种机理协同作用以达到更好的保温隔热效果。郑其 俊等 1 9 2 0 1 综合利用上述三种隔热原理开发出了具有高辐射的薄层保温隔热涂料。 该涂料有以下优点：( 1 ) 涂层薄，节约资源；( 2 ) 以液态涂料方式存在，施工方 便；( 3 ) 涂层无接缝，有良好的附着力；( 4 ) 干燥后的涂层热阻大，具有高的反 射率，可以达到很好的隔热目的；( 5 ) 既防水又隔热。由此可见，未来保温隔热 涂料的发展趋势是研制出具有良好的隔热效果、优异的物理机械性能及耐化学性 能的复合型隔热涂料。 1 3 影响涂料保温隔热性能的因素 涂料的种类很多，但各种涂料一般由基料( 成膜物质) 、颜填料、溶剂和助剂 等四部分组成，保温隔热涂料综合了涂料和保温材料的双重特点，其中基料和颜 填料对其性能的影响因素最大。因为就涂料本身而言，防水要求涂层致密，这主 要由基料决定；隔热却要求涂层疏松多孔，这主要由颜填料决定。 1 3 1 基料 基料也称为成膜物或粘结剂，是保温隔热涂料的连续相，也是最主要的成分， 没有基料的表面涂覆物不能称之为涂料。基料的性能直接影响涂料的附着力、施 工性能、保护性能以及其它的机械性能。 文献综述 表1 1 几种涂层的太阳热吸收率a 【冽 t a b l e1 1t h es o l a rh e a te n e r g ya b s o r b a b i l i t yao f s o m ek i n d so fc o a t i n g s 作为保温隔热涂料的基料首先应该根据反射率和吸收率来选择，对太阳光的 吸收率越小，反射率越高的树脂越好。通常要求树脂的透明度高( 透光度在8 0 以上) ，对太阳热的吸收率低，且结构中尽量少含c 0 c 、= c = o 、o h 等吸能基 团犯1 1 。表1 1 是几种涂层的太阳热吸收率2 2 1 。其次作为应用于建筑外墙的保温涂 料的基料还应该考虑其耐候性、耐沾污性、保色性和附着力等方面。例如，丙烯 酸树脂的耐候性强、透明度高、附着性好，是最常用的建筑涂料基料【2 3 1 。另外还 要考虑环保和价格方面的要求。当下使用的合成树脂乳液主要是丙烯酸乳液和丙 烯酸共聚类。下面对几种改性的丙烯酸酯乳液进行进一步的介绍。 ( 1 ) 有机硅改性丙烯酸酯乳液 当前，建筑涂料中以丙烯酸乳胶涂料最为流行，使用效果最好。该类涂料有 较好的保色性，环境友好，能在常温下自干，且耐候性好，附着力佳，在目前的 市场上非常受欢迎。但由于丙烯酸树脂本身的热塑性所限，线性分子缺少交联点， 难以形成三维网状交联膜，因此其涂膜发脆，低温缺乏弹性，高温又反粘，耐高 温性差。而有机硅树脂中的的s i o 键能为4 5 2 k j m o l ，远大于c c 键键能 ( 3 5 1 k j m 0 1 ) 和c o 键键能( 3 4 5 k j m 0 1 ) 。因此，有机硅树脂具有良好的抗紫外 线能力和耐候性，优良的耐热性和保色性。有机硅树脂表面能低，不易积灰，因 而抗粘污性强，但有机硅树脂的缺点是常温不能自干。用有机硅改性丙烯酸树脂， 可综合两者的优点。近年来，有机溶剂型硅丙涂料应用于建筑外墙已取得良好效 果，但是会对环境造成污染，应环保的要求，保温隔热涂料渐渐向不含有机溶剂 的水性方向发展，水性硅丙乳胶涂料因此成为研究的热点【凇5 1 。 ( 2 ) 有机氟硅改性丙烯酸酯乳液 曩 水性保温隔热涂料的制备及性能研究 用有机硅对丙烯酸酯乳液进行改性，配置的乳胶涂料的耐候性和抗沾污性都 有很大的提高。然而由于乳液的聚合反应是在水的环境下进行的，有机硅烷在水 中极易水解，然后自缩聚而失去活性。随着有机硅单体含量的增加，容易产生大 量凝结物使得聚合稳定性和贮存稳定性都降低。因此用这种方法引入有机硅的含 量会受到限制，然而有机硅改性丙烯酸乳液涂料的性能是随着有机硅含量的增多 而提高的。因此有人设计在有机硅改性的基础上，再进行有机氟和有机硅共改性 的路线。其原理为：氟原子原子半径小，负性高，与碳形成的c f 键极短，相邻 氟原子相互排斥，使氟烷烃中氟原子呈螺线形分子，碳链周围被一系列带负电性 的氟原子包围，形成了屏蔽层。c f 键键能高达4 8 6 k j t o o l ，高于s i o 键键能 ( 4 5 2 k j m 0 1 ) 和c c 键键能( 3 5 1 i u m 0 1 ) ，因此分子结构稳定，很难被光、热等 其它化学因素破坏。此外，由于氟烷基表面能低，易于向表面迁移，因此使涂膜 有较好的憎水性，抗粘污性能良好。用有机氟硅改性丙烯酸乳液配置的乳胶涂料， 不仅具有良好的抗紫外线能力和抗污性，还有良好的自洁功能【2 睨7 】。 ( 3 ) 有机硅氟改性丙烯酸酯乳液的基本方法 有机硅氟改性丙烯酸树脂的基本方法有物理改性和化学改性。物理改性是指 将有机硅乳液和有机氟乳液与丙烯酸乳液物理混合，机械搅拌均匀，加入适当的 增溶剂，以增加其相溶性【2 引。化学改性是指通过化学反应，将硅氧烷链引入到聚 丙烯酸酯分子链上，使极性很大的聚合物分子间形成化学键。具体分为以下几种。 硅丙缩合反应 利用丙烯酸分子链上的活性官能团与硅氧烷链的末端或侧基活性官能团通过 缩合反应，将有机硅氧烷引入。反应方程式： ! ， i i 卜弧+ h 2 。一一j 卜o h + r o h l ! i i 1 一。h + h 。一r - 一彳1 一。一r + h ：。 c 2 ， l i 一s i o s i 一+ h ，0 ( 3 ) i i 2、7 体系中( 2 ) 、( 3 ) 两种反应并存，为竞争反应。为了使反应沿( 3 ) 方向进行， 一 l研i oh+ho i瓯i 一 文献综述 可采用加入四烷基钛酸酯作催化剂【2 9 1 。 硅丙加成反应 采用含双键的有机硅单体和丙烯酸单体加成共聚，在聚合物侧链上引入硅氧 烷【3 0 1 。反应方程式如下： p | ；c h 3 哗f 门r 卜c h h - - c h 2 - c 了h - - h 2 - c = o h ) n - - - - - 吼 吼 品， 占 b ， ch尸垂t三ji=t3二c啦二芋二ch2一ch3c h 2 一孽三_ l 1 吼一fff 尊 1 3 2 功能填料 外墙保温隔热涂料最主要的目的是降低物体的表面温度，因此功能填料对保 温性能的好坏起着最关键的作用，选取的颜填料吸水率越低，反射率越高越好。 同时，为减少太阳光透过，颜填料对太阳光应有尽可能大的散射。功能填料主要 水性保温隔热涂料的制备及性能研究 从以下几个方面来影响涂料的保温隔热性能： ( 1 ) 折光指数对涂层反射率的影响 颜填料对近红外光和可见光反射的散射能力取决于树脂和颜填料折光指数的 差异，散射率m 定义为颜填料与树脂折光指数的比值【3 2 1 ： n 铲 m = = - 二 ，z 厂 ( 1 1 ) 式中： m 散射率： n 广颜填料的折光指数( 常用颜填料的折光指数为1 4 2 8 ) n ，一基料的折光指数( 常用基料的折光指数为1 4 5 1 5 0 ，变化很小) 由上式可知，要达到高散射率，必须要求颜填料具有较高的折光指数。 ( 2 ) 导热系数对阻隔型功能材料隔热性能的影响 一般来说，导热系数以金属为最大，非金属和液体次之，而气体的最小。空 气就是导热系数很小的绝热材料，如果材料中含有孔隙( 即含有不流动的空气) ， 其导热系数就会变得很低。因此在制备保温隔热涂料时，应优选用多孔轻质的材 料3 3 1 。表1 2 中为几种阻隔型功能材料的导热系数分布情况。 表1 2 几种阻隔型功能材料的导热系数分布情况 t a b l e1 2t h et h e r m a lc o n d u c t i v i t yo fs o m ek i n d o fh e a ti n s u l a t i n gm a t e r i a l 阻隔型功能材料导热系数w m k 漂珠 硅藻土 中空玻璃微珠 0 0 1 1 6 3 0 2 9 2 - 4 ) 2 6 4 0 0 0 5 2 ( 3 ) 粒径对散射率的影响 如果光的波长小于物体的粒径，光就会发生衍射；如果一个光的波长远大于 物体的粒径就会绕过物体，对于光来说，物体就是透明的；只有当物体的粒径与 光的波长在同一数量级时，才能发生反射。原理是：当粒径与光的波长不在同一 文献综述 数量级，发生散射，在同一数量级，发生菲涅耳反射，此时反射效率最高【3 4 1 。最 佳颜填料粒径是给定定波长的一半。例如颜填料的粒径在0 2 0 4 pm ( 0 4 - - 0 7 2 i jm 可见光波长的一半) 范围内时，其对可见光的反射效果最好。 ( 4 ) 颜色对涂料反射率的影响 材料颜色的存在是由于其反射可见光而产生的，当材料全部吸收照射在它上 面的光线时，这种物体为黑色；全部反射时为白色；介于两者之间时，只吸收部 分光线而将其它光线反射出去的材料就显示出各种颜色。物体对光的选择性吸收 是物体呈色的主要原因。因此，白色或接近白色的功能材料对入射光的吸收小、 反射大，因此，在制备保温隔热涂料时，尽量选择白色或接近白色的功能材料【”】。 1 4 保温隔热涂料的国内外研究状况 1 4 1 保温隔热涂料的国外研究状况 国外保温隔热涂料起步较早，研究也较为深入，在利用保温隔热涂层降低建 筑耗能方面做了较多的工作【3 2 1 。美国、日本、意大利对保温隔热涂料进行了较 系统的研究，在众多的研究成果中，红外热反射涂料已经有一部分在若干领域取 得了一些应用。美国太阳能集团公司的研究人员宣称，他们研制出了一种隔热油 漆，它的隔热效果是标准金属薄膜的8 5 9 5 ，用到楼顶房间，夏天可以把室内 的温度降低5 5 1 4 5 ，冬天可阻止热辐射流逸出屋外从而节约取暖引4 3 1 。日本研制 出一种粒径在l n m 以下的陶瓷填料，这种材料具有低导热系数和低比热的特点， 粒径在0 2 - - 0 5 n m 时的保温隔热性能最理想】。d o m e n i c k 等【4 5 】人开发出一种具有 隔热防水的有机硅涂料，其特点是利用化学气相蒸发技术，将有机硅溶液的有机 成分蒸发，留下一层无机陶瓷填料膜，使涂料具有更好的隔热和耐水效果。r n e i l 4 6 采用马来酸二丁酯乙酸乙烯共聚物为成膜物质，通过加入一种g e r a m i cs u l 3 2 珠光 隔热剂制得了隔热性优良的水性隔热涂料。n a o 觚a 【4 7 】等开发出了一种多色彩系列 的隔热反射涂料，该涂颜料使用两种以上的填料，突破反射涂料只能使用浅色涂 料的瓶颈。此外，溶胶凝胶方法也被引入到隔热领域，l e i l 觚【4 8 】用溶胶凝胶的方 法制备了一种新的纳米复合红外热反射涂层，它主要用于改进纤维热毡的隔热性 能。另外，隔热性能的测试研究也取得了一定的进展，l i g o n ，e t a l 4 9 】发明了一种筛 选有机化合物的方法，该方法和装置可以筛选出适合作为隔热保温涂料的有机物。 水性保温隔热涂料的制备及性能研究 j o s e p h 5 0 】等在小型建筑物表面涂刷隔热涂料