一种新型隔热性热反射弹性涂料的制备与性能研究

一种新型隔热性热反射弹性涂料的制备与性能研究

0外墙现浇表面温度低、存在裂纹避免室内光线的主要途径是将室内光线尽可能地引入室内，使室内光线迅速传播，改善热环境。建筑防热的主要措施有屋面、西墙的隔热，窗口的防辐射，房间的自然通风等。其中外围护结构的表面采用高反射的隔热涂料，以减少对太阳辐射的吸收，降低建筑物外表面温度，从而达到降低围护结构的内表面温度，减少传入室内热量，是建筑防热的重要措施之一。此外，建筑物外墙的混凝土、砂浆会由于干燥收缩、温度变化、干湿交替、冻融循环及外力作用而产生裂纹。现代建筑由于广泛使用高坍落度混凝土、建筑物外型复杂化及跨度增大等原因，墙面开裂导致建筑物墙面渗漏的比例在不断上升。因此，开发的太阳热反射涂料还应具有适应基材开裂的能力，即优良的动防水性能。1弹性隔膜试验装置目前我国尚无评价反射太阳光的隔热涂料反射性能的标准，国内一些研究单位参照美国军标规定的方法进行测试。我们在此基础上建立的太阳热反射弹性涂料(以下简称弹性隔热涂料)隔热性能试验装置示意见图1。考虑到建筑物基材的特性，试验用的基板改用石棉水泥板，规格为300mm×150mm×3mm。试验步骤为：(1）将刷涂黑醇酸磁漆的样板(黑板)放在聚苯乙烯泡沫板上，漆面朝上，位于碘弧灯的正下方。(2）调节调压器，使黑板温度达到平衡温度[（87.8±0.3）℃]；随即用待测的涂料试板撤换黑板；记录达到平衡时涂料试板表面的温度。通过对比在相同室温条件下涂料试板的表面温度，来考察太阳热反射涂料的隔热性能。2．热辐射能谱分析太阳辐射是建筑物外部的主要热源。太阳辐射的波长范围很广，但绝大部分能量集中在0.14～4μm波段，该波段占太阳辐射总能量的99%，其中可见光区（波长0.4～0.76μm）占50%，红外线区（波长大于0.76μm）占43%，紫外线区占7%。辐射能量最大的波长为0.475μm。当热辐射能入射到物体表面时，其中一部分被反射,一部分被吸收,在某些情况下还可能有一部分透过物体从另一侧传出去（如窗玻璃）。被反射、吸收和透射的辐射能与入射辐射能之比值分别称为该物体的反射系数γ、吸收系数ρ和透射系数τ，且γ+ρ+τ=1。弹性隔热涂料的隔热原理是通过涂料中的颜填料粒子将太阳热辐射反射或将吸收的热能辐射到外部空间，从而降低被覆物体的表面乃至内部温度，节约大量空调费用；同时可降低涂膜的光热老化作用，延长其使用寿命。2.1高玻璃化温度对薄膜拉伸性能和延伸率的影响据资料介绍，反射太阳光的强弱主要用物质的折光指数来表征，合成树脂的折光指数为1.45～1.50，这意味着选择不同的合成树脂对涂层的太阳热反射效果不会有显著的影响。因此可选择透明度高，不含或少含吸热基团，对可见光和近红外光吸收小的合成树脂为基料。从能否形成耐久性、动防水性优良的弹性涂膜来考虑，要求作为成膜材料的高聚物的玻璃化温度足够低，使其在使用温度范围内处于橡胶态。由此而引起的涂膜发粘和耐沾污性差的问题，我们通过乳液混拼、表面状态调节等方法予以解决。试验采用自交联型丙烯酸系乳液P1(Tg=-22℃）和纯丙乳液P2(Tg=27℃），对比了不同混拼比例（P1∶P2）、不同颜料体积浓度（PVC）对涂膜拉伸强度和延伸率的影响(分别见图2、图3)。试验结果表明，随着混拼乳液中高玻璃化温度乳液比例的增加，涂膜的拉伸强度提高、延伸率降低。在PVC为25%～50%范围内，随PVC的增大，涂膜的拉伸强度增大、延伸率降低，当PVC值大于30%时，变化更显著。适当调整乳液的混拼比例及PVC值，可使涂膜的力学性能满足不同的使用要求。2.2色彩的选择弹性隔热涂料要求颜填料对可见光和近红外光的吸收越小越好;同时，为减少太阳光透射，颜料对太阳光应有尽可能大的散射，因此应选用折射率高的白色颜料。我们按相同的涂料基础配方对不同的颜填料（白色）及其配合比进行了对比试验。2.2.1测试结果对比将不同折射率的白色颜料制成涂料。在相同试验条件下其涂膜的隔热效果对比见表1。由表1可见，白色颜料的折射率越高，涂膜的反射率也越高，在相同的照射条件下，试件的表面温度越低。金红石型钛白粉对可见光所有波长都能强烈地散射，很少吸收，因而隔热效果最好。2.2.2质量关系的影响将金红石型钛白粉与重质碳酸钙并用，并对钛白粉占颜料总量分别为100%、67%、50%、33%制成的涂料的隔热效果进行对比试验(见表2)。掺加折射率低的体质颜料后，涂料的热反射率有下降的趋势。体质颜料掺加比例越大，涂料的反射率下降越明显。但采用m(金红石型钛白)∶m(重钙)=1∶2作颜料制得的涂料的热反射效果仍优于用其它白色颜料制成的涂料。因此，在配制弹性隔热涂料时将金红石型钛白粉与体质颜料并用，在不明显降低涂膜热反射效率的前提下，可显著降低涂料的成本。2.2.3空心微珠层析成膜球型填料具有比表面积小和吸油量低的特点，可降低基料的用量，改善涂料的流平性和平滑性。空心微珠可在涂层内形成一道由空心微珠组成的真空腔体群，形成有效的热屏障。本实验对掺加空心硼硅酸盐玻璃微珠、实心微珠和粉煤灰漂珠的涂料的隔热效果进行了对比，结果见表3。2.3涂膜耐自然性能的试验弹性涂料一般使用低玻璃化温度的乳液，PVC值较低，因而涂膜的耐沾污性较差。为了改善涂膜的耐沾污性，有的添加低表面能有机类耐沾污剂，它能使涂膜表面具有疏水性，受液体沾污物沾污时，可呈现类似水珠在荷叶上的不润湿效果，易用水冲洗干净。我们按GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》规定的涂层耐沾污性试验方法对掺加这类耐沾污剂的涂料进行了试验，发现涂刷粉煤灰水时，在涂膜上确实形成了不润湿的粉煤灰水珠，但随着水分的挥发，干燥后涂膜表面留下斑斑污痕，用水很难冲净。本试验采用一种新型的涂膜表面状态调节剂，它与涂料基料有良好的相容性，不易引起缩孔、缩边等缺陷；随着涂层中水分的挥发能自动浮到漆膜表面，提高涂膜的平滑性，使沾附的粉煤灰较易冲洗且不形成污斑，使涂料的耐沾污性显著提高。2.4空心微珠的制备弹性隔热涂料的制备工艺与乳胶漆的生产工艺基本相同：先分散颜填料，然后在低速搅拌下加入空心微珠，搅拌分散均匀后加入乳液，再加适量的消泡剂、增稠剂等助剂。由于空心微珠的pH值较高，为防止对涂料粘度产生影响，微珠表面已预先用硅烷类助剂进行了处理。因此，在搅拌分散时应注意避免微珠的破坏，需在低速搅拌下加入。3外墙弹性涂层与其它涂料的对比按不同的使用要求，配制了2类弹性隔热涂料：一类适用于屋面，其性能符合JC/T864-2000《聚合物乳液建筑防水涂料》的要求；另一类适用于墙面，其性能符合GB/T9755-2001的要求，且拉伸强度不小于1.0MPa，延伸率不小于150%,0.3MPa、0.5h不透水。对所研制的外墙弹性隔热涂料与某进口隔热涂料、市售优质外墙涂料、铝粉漆以及未涂涂料的空白试件进行了隔热性能的对比试验，结果见表4。为模拟在太阳光照射下弹性隔热涂料的隔热效果，我们制作了2个空腔尺寸为长×宽×高=590mm×590mm×600mm的热箱，热箱的5个面用2层50mm厚的聚苯乙烯泡沫板构成，上盖600mm×600mm的纤维水泥试板。将弹性隔热涂料在纤维水泥板上涂刷2道,与未涂涂料的空白基板进行对比，测试在太阳照射下纤维水泥板内表面及箱内空气的温度，结果见图4。测试日期为2002年9月6日。