阻隔型外墻隔熱涂料的研制及性能研究

吳邦俊， 陳明鳳，彭 紅，劉立軍

（1重慶市江北區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站 重慶 400020 2重慶大學(xué) 重慶 400045 3重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院 重慶 400039 4重慶市建筑科學(xué)研究院 重慶 400015）

引言

阻隔型隔熱涂料是通過(guò)對(duì)熱傳遞的顯著阻抗性來(lái)實(shí)現(xiàn)隔熱的一種涂料。我國(guó)的阻隔型隔熱涂料始于20世紀(jì)80年代末，以高溫場(chǎng)合使用的保溫隔熱涂料為起點(diǎn)[1]。這種類(lèi)型的涂料通常以表觀(guān)密度小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松、氣孔率高以及含水率小的材料作為輕骨料，依靠粘結(jié)劑的作用使其結(jié)合在一起，直接涂抹于設(shè)備或者墻體的表面來(lái)達(dá)到隔熱的效果。

本文所研制的阻隔型外墻隔熱涂料是在涂料中摻入空心玻璃微珠、漂珠、硅藻土等導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料，能顯著阻止熱量傳遞，且隔熱效果優(yōu)良、耐沾污性和耐候性良好的一種薄層環(huán)保型隔熱涂料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)原材料為丙烯酸乳液，金紅石型鈦白粉，阻隔型功能材料，助劑等。

實(shí)驗(yàn)儀器有低速攪拌機(jī)、高速攪拌機(jī)、紅外燈、熱電偶、溫度數(shù)字顯示儀、溫度計(jì)、涂布儀等。

阻隔型外墻隔熱涂料的研制：

基礎(chǔ)配方：阻隔型外墻隔熱涂料的基礎(chǔ)配方如表1所示。

表1 阻隔型外墻隔熱涂料基礎(chǔ)配方

工藝流程：

(2)將乳液緩慢加入調(diào)制好的顏填料色漿中，低速攪拌30～40分鐘，調(diào)節(jié)黏度和pH值，出料。

(3)待試樣靜置一天后，用一定規(guī)格的涂布儀涂刷在待測(cè)石棉板上，自干24小時(shí)，再涂刷一層，晾至一周待測(cè)。

(4)樣板規(guī)格：按JC/T 412.2—2006中6.3和6.4規(guī)定的高密度Ⅳ級(jí)溫石棉板纖維水泥平板：150mm×75mm×（4mm-6mm）。基材表面處理按GB/T 9271—1988的規(guī)定進(jìn)行。

2 阻隔型外墻隔熱涂料的隔熱效果測(cè)定

2.1 涂層平衡溫度的測(cè)定

試驗(yàn)裝置：用50mm厚的聚苯乙烯泡沫板制成一個(gè)外圍尺寸為360×360×250mm的箱子，在箱子的上表面裁出兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的長(zhǎng)方形孔，尺寸以石棉板不會(huì)下漏為宜，試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。

圖1 涂層平衡溫度測(cè)試裝置示意圖[2](h=34cm)

試驗(yàn)環(huán)境：室內(nèi)測(cè)試，用空調(diào)保持室溫為20±2℃，將涂刷試樣的石棉板先置于環(huán)境溫度中2小時(shí)以上，使試板溫度與環(huán)境溫度平衡，測(cè)量時(shí)緊密門(mén)窗，保證風(fēng)速為0，盡量減小誤差。

測(cè)試步驟：

（1）將兩塊涂有同一試樣的石棉板放置275W的紅外燈正下方，板邊緣彼此相距50mm；將聚苯乙烯泡沫板左右兩邊標(biāo)號(hào)，分別記做L、R。

2.水質(zhì)條件差。秋季魚(yú)類(lèi)排泄物劇增，水體有機(jī)質(zhì)污染加劇，養(yǎng)殖水體缺氧而亞硝酸鹽和氨態(tài)氮等有害物質(zhì)含量上升，造成水質(zhì)不良，水質(zhì)調(diào)控難度增加，魚(yú)類(lèi)病害增多。

（2）開(kāi)啟電源，每隔3min記錄一次兩塊試板下表面的溫度。

（3）共記錄33min（通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試板被照射33min后，其下表面溫度變化不超過(guò)1℃，視為至平衡溫度），取兩個(gè)溫度的平均值作為該試樣的平衡溫度，并將平衡溫度減去初始室溫記為絕對(duì)溫升。

2.2 模擬太陽(yáng)光照射外墻隔熱涂料

為模擬在太陽(yáng)光照射下外墻隔熱涂料的隔熱效果，筆者制作了3個(gè)空腔尺寸為長(zhǎng)×寬×高=350×350×300mm 的熱箱，熱箱的5個(gè)面用聚苯乙烯泡沫板構(gòu)成，上蓋360×360mm的纖維水泥試板，如圖2所示。將通過(guò)正交試驗(yàn)獲得的最優(yōu)配方配制成的外墻隔熱涂料在纖維水泥板上均勻涂刷2遍，與涂刷空白樣（無(wú)功能材料）的試板及空板（石棉板上不涂刷任何物質(zhì)）進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試在太陽(yáng)照射下，各熱箱內(nèi)的溫度變化情況。

圖2 模擬太陽(yáng)光照射外墻涂料的測(cè)試裝置示意圖

3 結(jié)果與討論

3.1 單一阻隔型功能材料摻量對(duì)涂層隔熱性能的影響

在顏基比一定的前提下，考察單一阻隔型功能材料不同摻量對(duì)涂層隔熱性能的影響 （摻量以涂料總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)計(jì)）。利用涂布儀將各樣品制成相同厚度的涂層，然后按照2.1測(cè)試方法分別測(cè)定其絕對(duì)溫升。

3.1.1 空心玻璃微珠摻量對(duì)涂層隔熱性能的影響

在隔熱涂料中以空心玻璃微珠作為填料，除了能得到像金屬鋁粉那樣的反射光和熱輻射的效果以外，還能利用空心玻璃微珠中空、質(zhì)輕、熱導(dǎo)率低的特點(diǎn)，達(dá)到阻隔熱量的目的，從而提高涂膜的絕熱性能[3]。可見(jiàn)，空心玻璃微珠作為填料兼有反射太陽(yáng)光和阻隔熱量的復(fù)合功效。本文選用的是堿石灰硼硅酸空心玻璃微珠K1和VS 5500兩種型號(hào)，其內(nèi)部為1/3個(gè)大氣壓的中空結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱系數(shù)為0.0052 W/(m·K)左右，具體性能參數(shù)請(qǐng)見(jiàn)表2。在基礎(chǔ)配方中分別加入不同量的兩種空心玻璃微珠，其對(duì)涂料隔熱性能的影響見(jiàn)表3。

表2 空心玻璃微珠性能參數(shù)

表3 空心玻璃微珠摻量對(duì)涂層隔熱性能的影響

從表3可以看出，摻入空心玻璃微珠后，涂層的隔熱性能都有所改善，且粒徑較小的VS 5500改善效果優(yōu)于K1。當(dāng)兩種空心玻璃微珠摻量為1.8%，絕對(duì)溫升達(dá)到最低值，與空白樣相比，K1絕對(duì)溫升下降了4.9℃，VS 5500下降了6℃。當(dāng)繼續(xù)增加空心玻璃微珠的摻量，涂料黏度增加，微珠不易分散，而影響涂膜的均一性，故推薦使用VS 5500的空心玻璃微珠，摻量以1.8%為宜。

3.1.2 硅藻土摻量對(duì)涂層隔熱性能的影響

硅藻土是稀有非金屬礦，其主要化學(xué)成份是SiO2，含量達(dá)92%以上，結(jié)構(gòu)為非晶體，其它組分主要為Al2O3和Fe2O3，以及少量或微量的鈉、鉀、鈣、鎂、鈦及其它氧化物。硅藻土具有開(kāi)口、多孔的結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.264～0.297W/(m·K)，折射率為1.4～1.5，比表面積為7，050～67，000 cm2/g[4]。 在基礎(chǔ)配方中摻入不同量的硅藻土，其對(duì)涂層隔熱性能的影響見(jiàn)表4。

表4 硅藻土摻量對(duì)涂層隔熱性能的影響

從表4可以看出，在涂料中摻入硅藻土對(duì)涂層的隔熱起著非常顯著的改善作用，并隨著硅藻土摻量的增加，這種改善效果更為顯著，在摻量為15%時(shí)達(dá)到最優(yōu)，此時(shí)與空白樣相比，溫差達(dá)到9.2℃。但是由于硅藻土為多孔結(jié)構(gòu)材料，其對(duì)水有很強(qiáng)的吸附性能，當(dāng)硅藻土摻量超過(guò)20%時(shí)，其在顏填料色漿中出現(xiàn)成團(tuán)現(xiàn)象，極難分散。因此，建議在涂料中摻入硅藻土?xí)r，其最佳摻量為涂料總質(zhì)量的15%左右，最大摻量不應(yīng)超過(guò)20%。

3.1.3 不同粒徑的漂珠摻量對(duì)涂層隔熱性能的影響

漂珠又稱(chēng)空心玻璃球，是一種新型、多功能的無(wú)機(jī)材料。本文選用了三種粒徑的漂珠，分別為120目、300目和600目，其堆積密度為0.26～0.45g/cm3，比重為0.4～0.8g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.01163 W/(m·K)左右[5]。其主要化學(xué)組成見(jiàn)表5。

漂珠摻量對(duì)外墻涂料隔熱性能的影響如表6所示。從表6可以看出，漂珠的粒徑越小，其對(duì)涂層的隔熱效果越好。當(dāng)漂珠粒徑為120目和300目時(shí)，漂珠的加入對(duì)涂層的隔熱效果并沒(méi)有起到改善作用；而粒徑為600目的漂珠在摻量為3.6%時(shí)，其對(duì)涂層隔熱性能的改善效果最好。

表5 漂珠的主要化學(xué)組成

表6 漂珠摻量對(duì)涂層隔熱性能的影響

3.2 模擬太陽(yáng)光照射實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步證實(shí)自制外墻涂料對(duì)太陽(yáng)光的隔熱效果，利用2.2中介紹的實(shí)驗(yàn)裝置，將摻入隔熱效果較好的硅藻土、空心玻璃微珠VS 5500所配制的涂料與空白樣進(jìn)行比較。本文選用硅藻土最佳摻量15%和空心玻璃微珠VS 5500最佳摻量1.8%的涂料試樣，來(lái)考察兩者對(duì)太陽(yáng)光的阻隔效果。測(cè)試結(jié)果如圖3。測(cè)試時(shí)間為09:30～18:00，每隔30min記錄一次數(shù)據(jù)。

圖3 太陽(yáng)光照射下涂層的隔熱效果

從圖3可以看出，在整個(gè)測(cè)試階段，上蓋自制試樣的箱內(nèi)溫度變化幅度遠(yuǎn)比空白石棉板小，且比空白樣箱內(nèi)溫度低。在一天中最熱時(shí)間段13:00～16:00，上蓋涂有硅藻土涂料試樣的石棉板泡沫箱內(nèi)溫度與同條件下的空白石棉板相比，最大溫差達(dá)到10.9℃；與空白樣相比，最大溫差達(dá)3.2℃；與涂有空心玻璃微珠VS 5500涂料試樣相比，最大溫差達(dá)2.1℃，以上數(shù)據(jù)表明硅藻土制備的涂料試樣具有較好的隔熱性能。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)考察在涂料中單獨(dú)摻入某種阻隔型功能材料，得到硅藻土對(duì)涂層的隔熱效果有較為顯著的改善，空心玻璃微珠VS 5500次之。

（2）在基準(zhǔn)涂料中，硅藻土的最佳摻量為15%，此時(shí)與空白樣相比，溫差達(dá)到9.2℃，隔熱效果顯著。

（3）通過(guò)模擬太陽(yáng)光照射，得到采用硅藻土配制的隔熱涂料試樣，其箱內(nèi)溫度與同條件下的空白石棉板相比，最大溫差達(dá)到10.9℃；與空白樣相比，最大溫差達(dá)3.2℃。

[1]夏正斌，等.建筑隔熱涂料的研究進(jìn)展[J].精細(xì)化工.2001.10.

[2]徐峰，朱曉波，鄒侯招.實(shí)用建筑涂料技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[3]陳建華，陸洪彬，袁羨華.復(fù)合型外墻隔熱涂料的研制[J].材料導(dǎo)報(bào)，2006（3）：149-151.

[4]陳旭曄，余勇，潘潔，等.硅藻土質(zhì)復(fù)合絕熱涂料的研制[J].研究與探討，2008：18-19.

[5]李文丹，陳建華，陸洪彬，馮春霞.TiO2包覆粉煤灰漂珠外墻隔熱涂料的研究[J].化工新型材料，2007：69-71.