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反射隔热功能涂料的研制(上),本文研究了纳米二氧化钛粉体、反射太阳光红外线因子CICP-L 等材料对建筑反射隔热功能涂料反射太阳光的影响,中国资讯网,ChinaNews360.com
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反射隔热功能涂料的研制(上),本文研究了纳米二氧化钛粉体、反射太阳光红外线因子CICP-L 等材料对建筑反射隔热功能涂料反射太阳光的影响
2020年02月04日    阅读量:671    新闻来源:中国资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿

0 引言

我国早在20 世纪90 年代初就开始研究建筑用反射隔热涂料,也有很多的产品面市。为了规范市场,2007 年国家建设部制订了JC/T 1040—2007 建筑用反射隔热涂料行业标准,其中太阳光反射比(白色)指标为≥0.83,半球发射率为≥0.85。


2010 年,该行业标准被修订为国家推荐标准GB/T 25261—2010,其中太阳光反射比(白色)指标为≥0.80,半球发射率为≥0.80涂料在线coatingol.com。然而,目前国内建筑用反射隔热涂料产品质量仍参差不齐,技术工艺水平有待提高。


研究的重点仍然停留在隔热、反射性材料类型选择研究和用量搭配方面,导致了建筑用反射隔热涂料性能难以取得较大的提高和突破[1]。本文研究了纳米二氧化钛粉体、反射太阳光红外线因子CICP-L 等材料对建筑反射隔热功能涂料反射太阳光的影响,提出了一条反射太阳光(特别是红外线)效果显著的涂料生产合成工艺路线,解决了普通建筑反射隔热涂料效果低下、色彩不能多样化的问题。


1 材料的选择与优化

1.1 树脂的选择

考虑到建筑物外墙耐水、耐沾污、抗老化的要求,选择有机硅改性合成丙烯酸建筑涂料乳液为成膜物质。

1.2 常规颜填料的选择

表1 为常规颜填料的基本性质,选择这些颜填料进行对比分析试验,用自制装置测试其反射率,并进行遴选。

常规颜填料的基本性质

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1.2.1 颜色对反射率的影响

树脂固定的情况下,用彩色颜填料与白色颜填料制成涂层,对比太阳光反射率,以期得到颜色对太阳光反射率的影响。由经验可知,二氧化钛有很好的遮盖力和热反射性能。为了减少遮盖力对反射率的影响因素,突出颜色对反射率的影响,在配方中都用到一定量的二氧化钛,以增加其遮盖力,所制涂层配方见表2。试板如未标注膜厚,则均为35~40 μm。由上述实验结果可知,白色颜填料均具有较高的反射率。

涂层配方及基本性能

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1.2.2 遮盖力对反射率的影响

在颜基比(PVC)及粒径等其他条件一定时,对比各种白色颜填料中制成的涂层反射率情况。根据初步筛选,可以得到:在PVC 固定的情况下,遮盖力弱的白色颜填料制成的涂层反射率普遍低于遮盖力强的白色颜填料制成的涂层反射率,这是因为底板为铁板,遮盖力不强,底色会显露出来,影响反射率。实验结果(以下皆用ρ表示反射率):ρR 型二氧化钛>ρA 型二氧化钛>ρ硫化锌>ρ锌钡白>ρ氧化锌。由此也验证了在白色涂层中,反射率高低与遮盖力的强弱成正比。


1.2.3 晶型对反射率的影响

对于同种颜填料,如果晶型不同,其制成的涂层反射率也大不相同。在同等工艺条件下,对比锐钛型和金红石型二氧化钛制成的涂层的反射率,前者明显小于后者。不同光波中二氧化钛的反射率见图2。

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不同光波中二氧化钛的反射率

目测检验不难发现,金红石型二氧化钛的遮盖力明显高于锐钛型二氧化钛。Ti02 颜料初级粒子的直径应略小于散射光线波长的一半,平均直径为0.2~0.3 μm。在这种情况下能有效起到散射光线的作用。表3 为锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛的一般特性对比。

锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛的一般特性

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北京化工大学做了关于颜料粒子形状对反射率的影响,实验对不同形状的Ti02白色颜料在颜料体积分数、配方及工艺条件均相同的情况下分别制成涂膜。结果发现,含长方型颜料的涂膜热反射率比球型的颜料涂膜要高6%。图3 和图4 分别是长方型二氧化钛和球型二氧化钛涂膜的电镜照片。

二氧化钛的涂膜

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由以上结果可以看出,金红石型二氧化钛在热反射涂料中起到的作用要强于锐钛型二氧化钛,故而在下述应用中,若未加以特殊说明,均采用金红石型二氧化钛。

1.2.4 不同颜填料的含量对反射率的影响

(1) 二氧化钛加量(PVC)对反射率的影响

表4 和图5 为不同二氧化钛加量对反射率的影响情况。

二氧化钛加量与反射率的关系

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二氧化钛加量对反射率的影响


由图5 可以看出,随着PVC 的增加,白色涂层的反射率上升,到PVC 为20%时达到最高值,之后随PVC 的增加反射率又下降,而在PVC 到达60%以后,反射率又随PVC的增加而增加并趋于平缓。其原因可能是,当PVC<20%时,随PVC 的增加,漆膜内颜料的相对密度增多,起反射作用的颜料粒子数增多,故反射率呈上升趋势;


PVC 达到20%以后,随着PVC 的增加,由于颜料粒子的聚集,使散射的比表面积减少,散射效率降低,故反射率又下降;PVC 达到约60%后,基料已不足以润湿全部颜料粒子,漆膜内开始有空气,由于空气与颜料粒子界面之间的散射,故而反射率又逐渐升高。


所以,对二氧化钛来讲,PVC 不是越大越好,而是有一个极限范围。另外,由表1 可知,除了二氧化钛以外其他白色颜填料的遮盖力都比较弱,故而为了降低遮盖力对反射率的影响,在对比其他颜填料PVC 与反射率的关系时,均用到(加入一定量的)金红石型(R)二氧化钛。


(2) 滑石粉含量对反射率的影响

滑石(talc)主要成分是含水的硅酸镁。当Ti/(Ti+R)质量百分比为20%时,检测滑石粉对反射率的影响,配方见表5,将talc/(talc+R)(质量百分比)对反射率作图,如图6 所示。

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滑石粉加量与反射率的关系

从图6 可以看出,当talc /(talc +R)为20%时,反射率随着talc /(talc +R)的升高而逐渐降低,滑石粉的加入对反射率起到副作用。

滑石粉加量对反射率的影响

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(3) 硫酸钡含量对反射率的影响

当Ba/(Ba+R)质量百分比为20%时,检测硫酸钡的含量对反射率的影响,配方见表6,将Ba/(Ba+R)(质量百分比)对反射率作图,如图7 所示。

硫酸钡加量与反射率的关系

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硫酸钡加量对反射率的影响

由图7 可见,在二氧化钛含量一定的条件下,随着硫酸钡的增加,反射率逐渐增大,证明硫酸钡的增加对反射率有提高,升高到最大点以后,反射率反而随硫酸钡的加入而降低,可能是由于硫酸钡与二氧化钛粒子相互产生影响,导致反射率降低[2]。



(4) 玻璃鳞片的含量对反射率的影响

涂料用玻璃鳞片是一种经特殊处理过的鳞片状玻璃(含碱玻璃和C 玻璃)粉,其主要成分为SiO2。在Si/(Si+R)质量百分比为20%时,检测加入玻璃鳞片的含量对反射率的影响,所用配方见表7,将Si/(Si+R)(质量百分比)对反射率作图,见图8。

玻璃鳞片加量与反射率的关系

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由图8 可见,玻璃鳞片含量与反射率成反比。玻璃鳞片一般用于重防腐涂料中,起耐蚀作用,它的透射性能较好,光会穿透玻璃鳞片而到达底材,使得温度升高,故而热反射率降低。


1.3 涂料细度对反射率的影响

颜填料在树脂中的细度是涂料的一个重要指标。同一种涂料配方,同样的生产、涂装工艺条件下,细度对涂层反射率的影响见表8。由此得出涂料的最佳细度。以细度对反射率作图,得到图9。

细度对涂层的反射率的影响

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随着涂料细度值越小,反射率就越高,但是当细度达到一定程度以后,反射率反而下降,之后再上升,在40 μm处会出现一个突变点。


1.4 涂膜厚度对隔热效果的影响

膜的厚度对于热量的传导有阻碍作用,通过对同种配方不同膜厚的试板在一定时间碘钨灯照射下的底板温度比较,结果见表9。

膜厚对底板的影响

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从表9 可以看到:厚度<100 μm 时,温度在20 min之内达到平衡;当厚度>100 μm 时,温度在30 min 之内可以达到平衡。平衡后的底板温度和8 h 后的最终温度一样,不会有变化。由此,选择经过30 min 碘钨灯照射后的最终底板温度,观测膜厚对涂层隔热效果的影响。对同一种涂料配方的不同厚度涂层的反射率进行比较,认为对于同一配方的最终温度会随膜厚的增加而减少,即其对于热能的阻碍会增强,但是不同配方阻碍的程度不同。当膜厚达到200 μm 以上时,膜厚的阻碍作用已不明显。这一点对于涂装施工有重要意义。


1.5 绝热隔热型功能填料对反射率的影响

空心玻璃微珠作为一种新型涂料填料,近年来得到广泛应用。在涂料中加入空心玻璃微珠可赋予涂层特殊性能,以满足某些特殊用途的要求,如力学强度、隔热等。空心玻璃微珠具有如下优点:


①能够提高涂料的绝热性能和赋予涂膜更好的增白遮蔽效果,能够反射80%~90%的日光辐射热能,可防止涂膜结构中成膜物质的降解,延长使用寿命;


②具有高效的填充性,能够减少涂料中基料的使用量,降低涂料施工中有害气体的排放,减少涂料VOC含量;


③能够增强涂料的流平性、平滑性,明显改善涂膜硬度、抗刮伤等力学性能;


④使涂膜具有更好的防污染、防腐蚀和耐黄变性能。


在涂料中加入一定量的空心玻璃微珠,可以大大提高涂层的孔隙率,从而降低了热导率,起到了隔热降温的作用。为了进一步提高降温节能效果,具有反射-绝热复合功能的空心微珠成为研究的重点。


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