水性弹性保温隔热节能涂料的研制

水性弹性保温隔热节能涂料的研制0·引言夏天酷热的天气会使墙面积聚大量的热量，新加坡国立大学研究发现材料的选择对建筑的导热性能非常重要，对于建筑物，墙面是否隔热起关键作用，屋瓦对顶层的室温也起到重要作用。此外，日益增长的空调能源消耗也是不容忽视的问题，据分析显示，1%的人口增长将提高2.2%的能源消耗，空调温度每提高0.6℃，耗电将提高1.5%～2.0%。热反射隔热节能材料是当今最具有竞争力的节能方式之一。采取必要的建筑节能措施，可大大降低建筑材料和空调能耗，使现代人在比较经济且能耗较低的前提下，获得舒适的生活环境，也使更多不可再生资源得以留给子孙后代，因此具有深远的意义。外墙外保温系统已被普遍认为是最有效的建筑节能措施之一，同时也是改善天气环境，发挥投资效益的强有力手段。外墙外保温由于是用保温材料将建筑物整体包了起来，切断了冷桥，减少了空气及湿气的侵入，具有保温与隔热双重功效，同时对建筑结构也起到一定的保护作用。但传统的外保温体系聚苯颗粒砂浆、EPS板和XPS板体系施工繁琐，造价高、易开裂，保温效果也存在一定问题。为此研发了新型高效保温隔热涂料——水性弹性保温隔热节能涂料，其施工方便，耐候、耐污染，装饰性好，且节能环保，具有广阔的应用前景。1·水性弹性保温隔热节能涂料的研制1.1试验部分1.1.1试验原料水性乳液：AC-261C、AC-261p，纯丙烯酸硬性乳液，2468弹性纯丙乳液，陶氏；AP-5085弹性乳液：上海昭和化工公司；RS-7320弹性乳液，RS-9689弹性乳液，RS-706纯丙乳液，上海巴德富公司；反射隔热颜料粉：803-HT，上海羽唐公司，Y106，上海维来新材料科技公司；空心微珠：美国3M公司，上海外电公司；钛白粉：R706，杜邦公司，R828，群升国贸公司；云母粉：国产；润湿分散剂、消泡剂、增稠剂：上海海川公司；成膜助剂：群升国贸公司。1.1.2水性弹性保温隔热节能涂料基本配方水性弹性保温隔热节能涂料基本配方见表1。表1水性弹性保温隔热节能涂料基本配方1.2涂料制备分散罐中依次加入85%配方量的去离子水、分散润湿剂、消泡剂、pH调节剂、成膜助剂，以1000～1200r/min高速分散5～10min；加入钛白粉、云母粉，以1000～1200r/min，高速分散20～30min；上砂磨机高转速研磨至细度≤30μm，然后在低速(500～600r/min)分散条件下加入反射隔热颜料粉及空心微珠粉，搅拌分散5～10min；加入乳液，以500～600r/min搅拌分散5～10min；加入增稠剂和剩余15%去离子水，以500～600r/min调漆5～10min，即得到产品。1.3性能检测按照GB/T9755—2001合成树脂乳液外墙涂料及JG/T210—2005弹性外墙涂料的标准检测基本性能。热性能采用红外灯照射，以红外热象仪法测隔热温差。检测设备：(1)TI32红外热象仪：美国FlUKE公司；(2)红外灯；(3)旋转托盘(3r/min)。检测方法：(1)加热：2只红外灯在不同角度以0.5m距离加热，测试样板放置在转盘上缓慢旋转，使样板整个面都平均受光。(2)取像：在不同时间点，用红外成象仪在样板正面和反面同时拍摄红外图(见图1)。(3)取数据：根据所取红外图，用该设备专业软件计算所拍摄样板的面平均温度数据。图1样板正反面红外图温差测试数据见表2。表2温差测试数据报告通过多次的试验、测试，最终确认原料和配方，产品按照GB/T25261—2009标准检测，其结果如下：(1)固体含量58%；(2)黏度110KU；(3)涂布量：2～3m2/L(涂膜厚度：150～200μm)；(4)延伸率：150%；(5)耐水(120h)：漆膜不损坏；(6)耐碱(120h)：漆膜不损坏；(7)耐人工老化：500h；(8)太阳光反射指数：0.89；(9)导热系数：0.16w/m·k；(10)半球发射率：0.9；(11)隔热性，温差：17～18℃。2·结果与讨论2.1成膜物质乳液的选择按照GB/T25261—2009标准的要求，乳液不仅要具有很好的附着力和包覆性，还应具有很好的耐候性，标准规定产品的耐人工老化性能和耐沾污性能应满足国家或行业标准的最高等级要求，即弹性体外墙涂料的耐人工老化性能要达到400h以上，耐沾污性30；非弹性体外墙涂料耐人工老化性能要达到600h以上，耐沾污性15。按照上述基本配方乳液(28%～32%)+钛白粉(25%)+空心微珠(10%)进行简单的涂料配制测试涂膜耐人工老化性，以确认乳液的耐候性。结果显示，上述所选的乳液均能达到标准要求，但还要注意：(1)考虑到实际应用中，基层表面都有一层厚厚的保温腻子层，无法保证其不会开裂，从而影响保温效果和装饰效果，所以优先选用弹性乳液。(2)乳液干膜应具有非常好的透明性，这样有利于反射太阳光。(3)乳液干膜应具有非常好的耐沾污性，否则在一段时间后，其表面会粘附一定量的灰尘，对反射太阳光产生影响。综上所述，本产品选用新型自交联弹性乳液，固化反应后形成核壳效应，内软具有弹性，外硬具有很好的耐沾污性，克服了传统弹性涂料容易污染和低寿命的缺点，涂膜长久清新，表面不会粘附灰尘，因此具有很好的反射太阳热能的作用，有效提高了保温隔热作用。涂膜具有伸展性、防开裂性及防水性，同时又具有一般涂料的防霉、防藻、附着力强等优异特性。2.2对空心微珠的选择空心微珠品种较多，主要有空心玻璃微珠、陶瓷微珠和合成树脂微珠，其粒径大小和比重也有不同。粒径越大，比重越小，空腔的体积就越大，但孔壁也就越薄，越易破碎。选择粒径大的微珠，能显著降低导热系数，保温隔热效果好，但其在涂料中很易上浮，后增稠严重，且涂膜易开裂，因此不能加入太多。如选择粒径小的，则比重大，易下沉，而且由于空腔体积小，使保温隔热性能差。因此要选择在配方中适合的空心微珠，获得最大限度的加入量，而且配方要稳定，保证最好的保温隔热效果，达到各方面的平衡，微珠还要有一定的壁厚，以达到施工中不破壁，不影响保温性能。还要注意的是微珠的球体，质量好的厂家生产的微珠应该都是均匀的正球体，不应出现扁形或者椭球形的，均匀的正球体对于从各个方面入射度的太阳光都有较好的反射比，在涂料中能形成很多微观的独立绝热腔体，具有反射、散射太阳光的作用。该微珠粉熔点在700℃以上，大大提高了涂层的耐温性，能起到很好的防火作用，而且由于其化学惰性，表面具有抗化学腐蚀功能，颗粒在涂料中紧密排列，又起到很好的防腐作用。2.3对反射隔热颜料的选择反射隔热颜料具有将吸收太阳能反射出去的功能，能够起到屏蔽红外线热辐射的作用，其种类也很多，如金属氧化物类；超细纳米二氧化钛改性类；表面包覆金属氧化物类等，原则上选具有很好反射太阳光功能的产品，另外还要具有匹配的耐候性。以基础配方测试确认反射隔热颜料的耐候性，确保达到标准要求的最高等级人工老化要求。2.4各组分配比的确定及对性能的影响2.4.1乳液量的确定水性弹性保温隔热节能涂料，是在弹性涂料或外墙涂料的基础上，加入空心微珠和反射隔热颜料制得的，按照GB/T25261—2009反射隔热涂料标准要求，乳液用量如前所述确定为28%～32%。2.4.2钛白粉钛白粉作为白色颜料在反射隔热涂料中是必不可少的，因为白色反射可见太阳光能力最强，且对红外线也有一定的反射作用，所以好的反射涂料一般以浅色较多。钛白粉不仅反射阳光，还为涂料提供了优异的遮盖力，所以在水性弹性保温隔热节能涂料中也是主要的原料之一，在基础配方中的加量为18%～20%。2.4.3空心微珠粉由于空心微珠粉中空体轻，体积大，易漂浮，当加量超过10%时，涂料黏度变大，放置会增稠，没有流动性。不同用量的空心微珠对涂料流动性的影响见表3。表3不同用量的空心微珠对涂料流动性的影响2.4.4反射隔热颜料当其他组分确定后，随着热反射颜料添加量的增加，试板的正反面温度差会增大，但当超过一定量后温度变化较缓慢，说明当加入到一定量后，该反射颜料均匀分布，已没有足够的空隙让太阳光透过了，不能再增加反射。为了达到涂料性能及价格平衡，应和空心微珠配合使用。检测标准按JG/T235—2008建筑反射隔热涂料(WQ型)，反射隔热颜料粉的用量对隔热性能的影响见表4。表4反射隔热颜料粉的用量对隔热性能的影响2.4.5调色对隔热性能的影响将做好的水性弹性保温隔热节能涂料加入5%铁黄浆，调成中黄色涂料，与白色涂料对比检测太阳光反射比和半球反射率，结果见表5。表5白色与黄色涂料太阳光反射率对比实验表明，纯白色具有较高的太阳反射比，调入其他颜色后，对太阳反射比影响较大，对半球发射率影响不大。如何能使太阳光反射比、半球发射率数据都达到0.9以上，其他各种颜色能达到更高的太阳光反射比，是下一步研究中需要解决的问题。3·涂装工艺(1)在涂装前先将墙面处理干净，含水率8%，PH10，较大缝隙用专用腻子修补。(2)批刮保温腻子，分3～4次批刮，总厚度4～5mm，再批一道批光腻子，打磨光滑。(3)用专用底漆打底，底漆要均匀涂布。(4)待底漆干燥后，(至少4h)，再进行水性弹性保温隔热节能涂料的涂装，分2～3次涂装，以达到所需要的厚度，黏度高时兑清水不超过5%。4·结语水性弹性保温隔热节能涂料通过加入空心微珠粉，在涂料中形成很多微观的独立绝热腔体，具有反射、散射太阳光热辐射的作用。同时反射隔热颜料的加入，又使其具有将吸收的太热能反射出去的功能，起到更好地屏蔽红外线热能的作用。由于微珠粉熔点高于700℃，大大提高了涂层的耐热性，能起到很好的防火作用，而且由于其化学惰性，表面具有抗化学腐蚀功能，颗粒在涂料中紧密排列，又起到了很好的防腐作用。采用自交联弹性乳液，克服了传统弹性涂料容易被灰尘污染的问题，更大地发挥了反射太阳热能的作用，提高了涂层保温隔热的作用。目前项目研究的水性弹性保温隔热节能涂料已在江苏溧阳和常州等地的大型工程中得到应用。