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文摘:通过对涂料配方中所用的乳液、颜料、常规填料和隔热填料在红外光下的反射、隔热和隔热性能的研究,发现高折射率二氧化钛和微孔硅藻土具有最佳的反射和隔热效果,轻质碳酸钙和重质碳酸钙具有一定的保温效果。从理论上讲,海泡石具有隔热的作用,没有预期的效果。涂层厚度对隔热效果有一定影响,但不受颜填料的影响。保温涂料用填料应含有硅藻土、二氧化钛和一些常规填料。
根据隔热涂料的不同隔热机理和隔热方法,隔热涂料可分为三类:屏障隔热涂料、反射隔热涂料和辐射隔热涂料[1]。阻隔性隔热涂料是采用导热系数低的成分或将导热系数很低的空气引入涂料中,以获得良好的隔热效果。最广泛使用的阻隔隔热涂料是硅酸盐复合涂料[2]。反射式隔热涂料发展的基本依据是绝大部分的太阳能在400-1800nm范围内。在这个波长范围内,反射率越高,涂层的隔热效果越好。因此,通过选择合适的树脂、金属或金属氧化物颜填料及生产工艺,可以制备出反射率高的涂料,以反射太阳热能,从而达到隔热的目的。辐射隔热涂料是将建筑物吸收的阳光和热量以辐射的形式以一定波长辐射到空气中,从而达到良好的隔热和降温效果。在隔热涂料中,主要通过添加一些无机颜料和填料,达到一种或几种复合隔热机理的隔热效果。例如,采用中空玻璃微珠作为保温填料,利用小空心微珠的多个空腔形成保温层以防止热传导,制备了阻隔型保温涂料[3];采用高反射率(低吸收率,低发射率)在太阳辐射波段和8-13.5μm波长的高发射率下,制备了辐射隔热涂层[4];在云母粉表面涂覆纳米厚度的高折射率金属氧化物也可制备反射隔热涂层。本研究选用了水性涂料常用的原材料和理论上具有隔热性能的颜填料。通过在乳液中加入不同的颜填料和隔热填料,可以测试反射和反射对红外光的影响。
金红石型二氧化钛、超细硅灰石、云母精矿、超细硅酸铝、滑石粉、中空玻璃珠、膨胀珍珠岩(100目)、硅藻土、重质碳酸钙、海泡石(100目)、轻质碳酸钙均在市场上销售。乳状液编号为1#,2#,3#,4#,5#,分散剂和消泡剂均为工业产品。去离子水,自制。
在200g水中加入分散剂4G和消泡剂2G。搅拌均匀后,加入颜料和填料100g,高速分散30min,最后加入乳液200g搅拌均匀。
成膜基材的选择是隔热涂料研究的关键技术之一[6]。由于保温涂料主要用于外墙,根据室外气候多变、温差大的特点,选用耐候性好、耐水性强、附着力强、弹性好的材料,成膜基材与保温填料的相容性良好。表1显示了不同成膜树脂的隔热性能。
由表1可以看出,这些乳液聚合物在红外光照射下,其温度明显升高,均未表现出反射和隔热的效果。乳液为自交联脂肪族聚氨酯分散体,成膜温度最低为0度。而3#和4#是最低的丙烯酸酯共聚物乳液,成膜温度分别为13度和3度。涂层烘烤后,辐射后成膜温度最低为17℃的羟基丙烯酸酯共聚乳液5#正常。在随后的实验中,选择了辐照后不开裂、不脱落的5#乳液作为成膜材料。
在水性外墙涂料配方中,以金红石型二氧化钛为主要颜料,超细硅灰石、云母粉、超细硅酸铝、滑石粉、重质碳酸钙和轻质碳酸钙为填料。采用不同的颜填料配方,在红外光照射下测试了涂层的反射、反射和整体隔热效果。结果如图1所示。
(T1:二氧化钛,T2:滑石粉,T3:重质碳酸钙,T4:轻质碳酸钙,T5:二氧化钛+滑石粉(1:1),T6:二氧化钛+重质碳酸钙(1:1),T7:二氧化钛+轻质碳酸钙(1:1),T8:云母粉,T9:超细硅酸铝,T10:T1+T2+T3(1:1),T11:T1+T2+T4(1:1:1),T12:T1+T2+T3+T4(1:1:1))
理论上,起隔热作用的填料有中空玻璃珠、膨胀珍珠岩、硅藻土、海泡石等,其在实验中的反射和反射隔热效果见表2和表3。
由表2和表3可知,硅藻土最佳,膨胀珍珠粉次之,中空玻璃珠次之,海泡石最差。在反射隔热方面,硅藻土最好,膨胀珍珠粉次之,中空玻璃珠次之,海泡石最差。可见,无论是反射效应还是反射隔热效应,硅藻土的隔热效果都比较明显。与二氧化钛配合使用,隔热效果得到不同程度的改善。膨胀珍珠粉的反射效果不如硅藻土,但差异较大。表4显示了隔热填料对涂层整体隔热效果的外墙保温钉布置图影响。
表4实验结果表明,硅藻土具有最好的隔热效果,与二氧化钛配合使用,隔热效果进一步提高。其他填料,如中空玻璃珠、膨胀珍珠岩粉和海泡石,不能隔热,但能提高温度。当它们与二氧化钛一起使用时,它们不能很好地隔热。硅藻土具有保温性能好、吸附量大、比表面积大、腐蚀性低等优点。它主要含有硅藻的二氧化硅,硅藻骨架上有许多微孔[5]。由于其结构中有许多微孔,因此重量轻,具有引入微孔的功能,提高其遮盖力。
试验结果表明,随着涂层厚度的增加,填料的保温效果可以得到改善,而涂层厚度的增加,填料本身不能保温的效果更差,但变化幅度不大。可见,第二次实验和第一次实验的结果是一致的,这证明了第一次实验的结果是准确的。
结果表明,最佳的保温颜料为高折射率的二氧化钛,最佳的保温填料为结构上有微孔的硅藻土,轻质碳酸钙、重质碳酸钙等填料具有一定的保温效果。例如,海泡石具有理论上的隔热效果,单独用于乳液中和与二氧化钛结合时,并不能达到预期的效果。相反,它们会提高样品的温度。因此,用于隔热涂料的填料应包括硅藻土、二氧化钛和一些常规填料,而不是海泡石。