不同顏填料對涂料隔熱性能的影響

摘要 選用不同類型顏填料制備隔熱涂料，以純丙乳液為成膜物質，研究不同顏填料對隔熱涂料反射率的影響，不同添加量金紅石型鈦白粉對反射影響，以及不同添加量中空玻璃微珠對反射率和導熱系數的影響。實驗結果表明：反射率與顏料的折光指數有關，顏料折光指數越高，隔熱涂料的反射性能越好；金紅石型鈦白粉最佳添加量為30%，中空玻璃微珠最佳添加量為40%；遠紅外陶瓷粉具有較好的紅外發射率；金紅石型鈦白粉可以作為反射型隔熱涂料原料，中空玻璃微珠可以作為阻隔型隔熱涂料原料，遠紅外陶瓷粉可以作為輻射型原料用于隔熱涂料的制備。

關鍵詞 隔熱涂料；金紅石型鈦白粉；中空玻璃微珠；反射率；導熱系數

中圖分類號 TV201.5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）07-0172-03

0 引言

建筑物在使用期間，空調等制冷設備對能量的消耗超過了全國總耗能的20%[1]。各國政府把建筑行業的節能減排作為建設綠色可持續發展節約型社會的重要議題。實現建筑節能的方式可以通過室內保溫和室外隔熱兩方面來解決。美國一家公司對保溫涂料進行了節能預算，研究發現，太陽能熱反射隔熱涂料可節約10%～20%的空調費[2]。節能、便捷的特點決定了它在建筑、石油化工、船舶制造業等方面的應用潛力和廣泛市場。國家住建部全面推行了建筑認證體系，住建部將廣州列為節能試點城市[3-4]。這些都為建筑隔熱保溫涂料的發展創造了有利條件。

根據隔熱機理的差異，現有隔熱涂料大體分為阻隔、反射、輻射型三種。最為理想的隔熱涂料是將三種隔熱機理協同作用，使其成為一個多種隔熱機制復合作用的體系，獲得良好的隔熱效果[5-6]。但是如何高效地選擇顏填料制備復合型隔熱涂料的文獻較少，該實驗研究了不同類型顏填料對涂料隔熱性能的影響，以反射率、導熱系數等指標確定各種隔熱機理的顏填料在純丙乳液的最佳添加量，為制備復合型隔熱涂料提供了依據。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

如表1～2。

1.2 隔熱涂料測試和表征

該實驗以反射率測試反射型顏料的隔熱效果，以導熱系數衡量阻隔型隔熱涂料的隔熱效果，其中采用分光光度計測試涂料的反射率。

太陽光反射比計算公式如下式。

（1）

式中，ρs——試樣太陽光反射比；ρλi——波長為λi時樣品在此波長的光譜反射比；Δλi=1/2（λi+1?λi?1）的波長間隔（nm）；Es（λi）——λi波長的太陽光輻射照度的光譜密集度（W/m2·nm）。

2 結論與分析

2.1 不同折光指數對涂料反射率影響

顏料折光指數越高，反射性能越好。實驗選取了四種不同折光指數的原料，折光指數如表3所示。

取一定量的純丙乳液、蒸餾水、各種助劑，分別加入15 g不同的顏料制成反射隔熱涂料，用SZQ涂布器將涂料涂覆到鋁片上制得樣品，測定反射率，結果如圖1所示。

從實驗測得反射率可以看出，相同實驗條件下，顏填料折光指數越高，樣品在可見光的反射能力越強。

散射率能夠較好地表示可見光范圍內太陽光的反射能力，散射率m定義為：

m=np/nR （2）

式中，np——顏填料折光指數；nR——基料折光指數。金紅石型鈦白粉折光指數為2.8，在常見顏填料中比較高，因此在可見光范圍內具有很好的反射能力。從實驗結果可以看出，金紅石型鈦白粉不僅在可見光，在近紅外波段同樣表現出很好的反射能力。因此，金紅石型鈦白粉可以用作高反射率的顏填料。

2.2 不同添加量金紅石型鈦白粉反射光譜分析

保持涂料其他成分不變，鈦白粉的添加量分別為10%、20%、30%、40%，制備涂料的反射光譜如圖2所示。

如圖2所示，隨著鈦白粉的增加，涂料的反射率不斷升高，這是由于隨著分散在乳液中鈦白粉添加量的增加，鈦白粉在乳液中分布越密集，照射的太陽光通過鈦白粉反射回空氣中的越來越多，因此反射率越來越高。當添加量達到30%時，鈦白粉在乳液中足夠密集，再增加鈦白粉的添加量時反射率基本保持不變。因此，鈦白粉的較佳添加量為30%。經過反射率的計算，添加量為30%時，鈦白粉在波長范圍為300～2 500 nm的反射率為0.76，近紅外波段反射率為0.81。

2.3 阻隔型隔熱涂料中空玻璃微珠對隔熱性能影響

阻隔型材料導熱系數越小，隔熱降溫效果越好。中空玻璃微珠是現有隔熱涂料中較常加入的一種填料，主要成分為硼酸鹽，在隔熱涂料中主要起反射和阻隔的雙重作用。中空玻璃微珠不但能夠反射太陽光，將它加入到涂料中時，能夠在涂料中形成一種薄壁微珠構成的空心腔體，能夠很好地阻止熱量的擴散。

2.3.1 中空玻璃微珠的反射光譜分析

涂料中其他成分不變，改變微珠的添加量，分別為20%、30%、40%、50%，制得涂料的反射光譜如圖3所示。

如圖3反射光譜所示，反射率隨著添加量的增加不斷地升高，當添加量達到40%之后，反射率增幅不明顯。在添加量為40%時，波長范圍在300～2 500 nm的反射率為0.66，近紅外波段反射率為0.68。

2.3.2 中空玻璃微珠的導熱系數

采用TC3000導熱系數儀測試添加中空玻璃微珠制備所得阻隔型涂料的導熱系數，不同添加量中空微珠制備的阻隔型涂料的導熱系數如圖4所示。

從圖4中可以看出，隨著添加量的不斷增加，涂料導熱系數降低，但是微珠的體積較大，添加量也有一定的限度，添加過多不易成膜，影響涂膜的整體性能。因此，綜合考慮反射率和導熱系數，較佳添加量為40%。

2.4 輻射型填料遠紅外陶瓷粉

涂料還可以添加輻射型填料，進一步增強隔熱效果。在8～13.5 um波長范圍內，空氣中的懸浮顆粒等對熱輻射的吸收和反射很弱，此時物體如果具有較好的輻射能力，可以將大氣中的熱量輻射到大氣層中，從而達到較好的隔熱效果。

實驗選用紅外發射率如圖5所示。

從圖5可以看出，遠紅外陶瓷粉具有較高的紅外發射率，輻射型遠紅外陶瓷粉的加入可以將吸收的太陽光以熱輻射的形式輻射到大氣中，在反射和阻隔的基礎上進一步增強隔熱。

3 結論

（1）顏填料的折光指數越高，制備的隔熱涂料的反射能力越強，在常見的顏填料中金紅石型鈦白粉具有較高的折光指數，在制備復合隔熱涂料中可以考慮選用金紅石型鈦白粉作為反射型隔熱涂料。

（2）保持涂料中其他組分不變的情況下，隨著鈦白粉添加量的增加，涂料的反射率越高，當添加量為30%時，隨著鈦白粉的增加，涂料的反射率不再發生明顯變化，金紅石型鈦白粉最佳添加量為30%

（3）中空玻璃微珠具有較好的阻隔隔熱性能，制備復合型隔熱涂料可以考慮選用中空玻璃微珠作為阻隔型填料。隨著中空玻璃微珠添加量的增加，制備的隔熱涂料的反射率增加，當添加量為40%，隨著中空玻璃微珠添加，其反射率變化不再明顯，而其導熱性能隨著中空玻璃微珠的添加一直降低，綜合考慮涂料的整體性能，中空玻璃微珠的最佳添加量為40%。

（4）遠紅外陶瓷粉具有較高的紅外輻射率，制備復合型隔熱涂料時可以考慮加入適量的遠紅外陶瓷粉作為輻射型填料。

參考文獻

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