復合型保溫隔熱涂料的制備及配方優(yōu)化

付春衛(wèi)， 王廣存

(太原化學工業(yè)集團公司油漆廠，山西 太原 030009)

引 言

能源是人類發(fā)展和生產(chǎn)的基礎。在當前社會發(fā)展和未來發(fā)展趨勢的指引下，新能源以開發(fā)和提升能源的利用率為主要研究方向。導熱材料從隔熱、保溫兩個層面來看，若未有合適的措施，可能會導致材料在浪費的同時還無法達到保溫、隔熱的效果。目前，實際應用中的保溫隔熱材料不僅操作復雜，而且存在防水性差壽命短等缺陷[1]。因此，開發(fā)一款高效的保溫隔熱材料，從根本上解決能源消耗，提升使用安全性的目的。本文將重點對復合型保溫隔熱涂料的制備進行研究。

1 保溫涂料概述

保溫涂料是備受人們關注的一種節(jié)能保溫材料，該材料兼?zhèn)渫苛虾捅氐奶攸c，屬于纖維稠狀膏體的材料。與傳統(tǒng)保溫材料相對比，保溫涂料具備如下優(yōu)勢：

1)保溫涂料的導熱系數(shù)低，其保溫效果優(yōu)于傳統(tǒng)保溫材料；2)保溫涂料可與被保溫的物體進行全面豁結，可應用于對異性結構體進行保溫、隔熱；3)保溫涂料的密度較小，方便施工；4)保溫涂料具有較好的防火性能，使用的安全性高；5)保溫涂料生產(chǎn)工藝簡單，即生產(chǎn)成本較低。

根據(jù)不同的分類標準，保溫隔熱涂料可以分為多種類型。其中，根據(jù)加工原料的不同可分為復合硅酸鹽保溫涂料、陶瓷保溫隔熱涂料、空心玻珠保溫涂料和金屬型鋁礬土保溫涂料；根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同可分為加熱型保溫隔熱涂料、常溫非加熱型保溫隔熱涂料、干粉型保溫隔熱涂料；根據(jù)隔熱機理的不同可分為阻隔性保溫涂料、發(fā)射型隔熱涂料、輻射性隔熱涂料。

為進一步提升保溫隔熱涂料的應用效果，降低其生產(chǎn)成本充分發(fā)揮不同工藝下對應保溫涂料的性能。本文初步設想將兩種或者多種隔熱機理同時應用并生產(chǎn)出一種復合型保溫隔熱涂料，達到優(yōu)勢互補并充分發(fā)揮各種隔熱機理下的效果，從而極大提升保溫隔熱涂料的應用效果[2]。

2 復合型保溫隔熱涂料的制備

2.1 復合型保溫隔熱涂料的制備基礎

從理論上將，任何一種涂料均包括有基料、骨料、填料、水以及其他助劑等。也就是說，所選擇的基料、骨料、填料以及其他助劑類型不同，將會直接影響最終涂料的附著力、熱穩(wěn)定性以及耐腐蝕性等性能。考核保溫隔熱涂料的指標眾多，其中以熱反射率和導熱系數(shù)為關鍵指標。本節(jié)將重點研究可制備成復合型保溫隔熱涂料的方案[3]。

制備復合型保溫隔熱涂料的原料與試劑主要包括有海泡石、硅酸鋁纖維、空心玻珠、絹云母粉以及復合鈦白粉等原料，試劑主要包括有分散劑、消泡劑、成膜助劑等。復合型保溫隔熱涂料制備涉及到的之需儀器如第20頁表1所示。

表1 復合型保溫隔熱涂料制備的關鍵儀器及規(guī)格

除了上述實際制備過程中涉及到的關鍵儀器外，還需對制備好樣品的反射率和導熱系數(shù)進行測定，其涉及到的儀器為NDJ-8S型數(shù)字顯示轉子黏度計(測反射率)和DMR-1型導熱系數(shù)測定儀。

2.2 復合型保溫隔熱涂料的制備步驟

生產(chǎn)原料和設備準備完畢后，按照圖1所示的流程圖制備復合型保溫隔熱涂料。

圖1 保溫隔熱涂料制備工藝流程

如圖1所示，復合型保溫隔熱涂料制備工藝流程具體描述如下：

1)將水及各類試劑混合并充分攪拌；

2)在攪拌完成后的試劑中加入成膜劑、骨料、礦物棉以及不同種類的填料并充分攪拌。在攪拌操作中設計的參數(shù)為：攪拌機的轉速為1 000 r/min，充分攪拌后分散35 min；

3)將2)中所得到的漿料與消泡劑和乳液混合后，采用攪拌機進行低速攪拌后通過篩選設備進行過濾，并采用氨水將過濾后產(chǎn)品的pH值進行調(diào)節(jié)，一般將pH值控制在8～9之間為最佳。在本步驟中所采用的篩選設備為100目(0.15 mm)的篩網(wǎng)[4]。

4)采用測試儀器對上述步驟制備而成的復合型保溫隔熱材料的反射率和導熱系數(shù)進行測定，為后續(xù)配方的優(yōu)化提供指導。

2.3 保溫隔熱涂料配方的初定

本節(jié)重點對保溫隔熱涂料基料、骨料、礦物棉、填料以及助劑等原料配方進行初步確定。基料的主要功能是將保溫隔熱涂料中的骨料黏結為一體，可供選擇的基料包括有BA-205型純丙乳液、自制苯丙乳液、BS-105D型苯丙乳液、NaPoly7199N型苯丙乳液以及硅丙乳液。

上述三種類型基料的對比如下：純丙乳液的耐候性較差；苯丙乳化液具有較好的機械性能和強度；硅丙乳化附著力、耐腐蝕性更強，但是成本較高。因此，綜合考慮各基料的性能和成本，最終選擇自制的苯丙乳液作為基料[5]。

同理，基于“控制變量”的原則并綜合考慮原料性能及成本的因素，最終確定保溫隔熱涂料的初步配方如下：自制苯丙乳液(基料)、海泡石(骨料)、硅酸鋁纖維(礦物棉)、空心玻珠(填料)。所搭配的助劑類型及其與基料的比例如表2所示。

表2 助劑類型及其與基料的比例

3 復合型保溫隔熱涂料配方的優(yōu)化

上節(jié)中不僅明確了制備保溫隔熱涂料各種原料的類型，而且具體確定了保溫隔熱涂料制備時各原料的用量。因此，本節(jié)分別對各種原料在不同用量情況下所得復合型保溫隔熱涂料的反射率和導熱系數(shù)進行對比，最終得出復合型保溫隔熱涂料的最佳配方。在研究過程中，設定各原料、助劑以及水的總量為100 g。

采用正交因素法對各種原料在不同用量下制備的復合型保溫隔熱涂料的反射率進行對比。不同原料的用量組合如表3所示。

表3 復合型保溫隔熱涂料各原料的用量選擇

經(jīng)對比研究可知，當復合鈦白粉用量為12 g，空心玻珠的用量為12 g，硅酸鋁纖維的用量為7 g，膨脹珍珠巖的用量為3 g，海泡石的用量為9 g時，所得復合型保溫隔熱材料的性能最佳。

4 結語

保溫隔熱材料廣泛應用于人們生產(chǎn)生活的各行業(yè)中，對于任何材料而言其性價比為衡量該材料的主要標準之一。保溫隔熱涂料由于其施工方便、生產(chǎn)簡單以及成本低的問題被快速推廣應用。本文重點針對復合型保溫隔熱涂料的制備和配方的優(yōu)化展開研究，得出當復合鈦白粉用量為12 g，空心玻珠的用量為12 g，硅酸鋁纖維的用量為7 g，膨脹珍珠巖的用量為3 g，海泡石的用量為9 g時，所得復合型保溫隔熱材料的性能最佳。