美術(shù)用環(huán)保型藝術(shù)涂料制備及應(yīng)用性能

摘要：為提升外墻涂料的環(huán)保性能，試驗(yàn)分別對(duì)表層反射藝術(shù)涂料和底層阻隔藝術(shù)涂料的配方進(jìn)行優(yōu)化，并分別研究了2種涂料的性能，對(duì)組裝后復(fù)合藝術(shù)涂料的隔熱性能和實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析。結(jié)果表明，500 g表層反射藝術(shù)涂料中鈦白粉添加量為40 g，底層阻隔藝術(shù)涂料中隔熱填料添加量為50 g時(shí)，其反射效果和隔熱效果最佳，基礎(chǔ)性能分別滿足JC/T 1040—2020標(biāo)準(zhǔn)和HG/T 4343—2012標(biāo)準(zhǔn)，滿足建筑外墻涂覆的要求。組裝成復(fù)合藝術(shù)涂料后，復(fù)合藝術(shù)涂料較普通涂料隔熱溫差提升了約30℃，室內(nèi)采暖能耗和制冷能耗的總能耗僅有2.34 kW·h/m2，表現(xiàn)出良好的隔熱效果和應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：反射涂料；隔熱涂料；藝術(shù)涂料；裝飾涂料

中圖分類號(hào)：TQ637文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2024）10-0083-04

Preparation and application performance of environmentally"friendly art coatings for art use

MU Ronggang1，ZHANG Hongyuan2

（1.CollegeofArts，ShangluoUniversity，Shangluo；QinlingPaintingResearchCenter，Shangluo726000，ShaanxiChina；"2. School of Fine Arts，Shanxi Normal College，Taiyuan 030031，Shanxi China）

Abstract：In order to improve the environmental performance of exterior wall coatings， the formulas of surface reflec?tive art paint and bottom barrier art paint were optimized， and the performance of two coatings was studied respective?ly， and the thermal insulation performance and practical application effect of composite art paint after assembly wereanalyzed. The experimental results showed that when the addition amount of titanium dioxide in the 500 g surfacereflective art coating was 40 g，and the addition amount of insulation filler in the bottom barrier art coating was 50 g，the reflection and insulation effects were the best. The basic performance met the JC/T 1040—2020 standard andHG/T 4343—2012 standard，respectively，and met the requirements of building exterior wall coating. After assemblyinto a composite art coating，the insulation temperature difference of the composite art coating increased by about30℃ compared to ordinary coatings，and the total energy consumption of indoor heating and cooling energy was only2.34 kWkh/m2，demonstrating good insulation and application effects.

Key words：reflective coatings；thermal insulation coating；art coatings；decorative coatings

提升外墻涂料的性能對(duì)于現(xiàn)代建筑行業(yè)有重要意義。部分學(xué)者也進(jìn)行了很多研究，如以水性氟碳樹(shù)脂乳液作為外墻涂料的成膜物質(zhì)，研制出一種具有良好耐沾污性，且具備優(yōu)異的耐候性和保光保色等耐老化性能的外墻涂料[1]。以甲苯二異氰酸酯、三羥甲基丙烷和聚合物二醇為主要原料制備了一種新型彈性涂料[2]。以粉煤灰作為水性外墻涂料的填料，對(duì)外墻涂料性能進(jìn)行優(yōu)化[3]。選用了SR-01純丙乳液做為外墻隔熱反射涂料的成膜材料，制備了一種高性能外墻隔熱反射涂料[4]。以納米TiO2為反射隔熱層，ZrO2為輻射隔熱功能層，F(xiàn)EVE氟碳樹(shù)脂為基體制備雙層復(fù)合隔熱涂層，制備了一種功能型隔熱涂層，并研究了顏填料配比對(duì)涂層性能的影響[5]。以上學(xué)者的研究為外墻涂料的發(fā)展提供了參考，但在實(shí)際應(yīng)用效果方面，還有進(jìn)一步提升的空間。基于此，本試驗(yàn)以文獻(xiàn)[6]論文中的方法為參考，制備了一種新型藝術(shù)涂料，并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行研究。

1試驗(yàn)部分

1. 1材料與設(shè)備

主要材料：增稠劑（AR，端星化工科技）；潤(rùn)濕劑（AR，凱茵化工）；分散劑（AR，久玖化工）；消泡劑（AR，興瑞化工建材）；多功能胺助劑（AR，博奧化工）；高嶺土（II級(jí)，宏潤(rùn)礦產(chǎn)品）；重質(zhì)碳酸鈣（I級(jí)，昌森礦產(chǎn)品）；純丙乳液（AR，新廣利化工）；十二碳脂酸（AR，升昌新材料科技）；流平劑（AR，潤(rùn)興源科技）；鈦白粉（AR，藍(lán)科化工）；S482造粒溶液（AR，思惠達(dá)化工）；純丙溶液（AR，百川化工）；十二碳酯醇（AR，深虹化工）；隔熱填料（標(biāo)準(zhǔn)級(jí)，亦博化工）。

主要設(shè)備：EXJ-5型涂料攪拌機(jī)（易勒機(jī)電設(shè)備）；UH4150AD型紫外可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)（古尾谷電子）。

1. 2試驗(yàn)方法

底層涂料和表層涂料均以500 g為基礎(chǔ)進(jìn)行配制。

1. 2. 1底層阻隔藝術(shù)涂料的制備

（1）將適量的自來(lái)水放入涂料攪拌機(jī)內(nèi)，調(diào)節(jié)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速至500 r/min，然后緩慢加入1.5 g增稠劑，1 g潤(rùn)濕劑，1 g分散劑和0.5 g的消泡劑，充分?jǐn)嚢枋蛊浞稚⒕鶆颍稚r(shí)間為10 min；

（2）將0.5 g多功能胺助劑放入體系，將體系pH調(diào)節(jié)至堿性，促進(jìn)增稠劑發(fā)揮作用。待體系內(nèi)混合物開(kāi)始變得粘稠，提升攪拌器轉(zhuǎn)速至2 000 r/min，繼續(xù)加入60 g鈦白粉，25 g高嶺土和適量重質(zhì)碳酸鈣；

（3）提升攪拌器轉(zhuǎn)速至3 000 r/min，使所有物料混合均勻，攪拌時(shí)間為20 min；

（4）將轉(zhuǎn)速降至1 500 r/min后，依次加入150 g純丙乳液、12.5 g十二碳脂酸、2.5 g流平劑、適量締合增稠劑、0.5 g消泡劑和適量隔熱填料，隔熱填料與重質(zhì)碳酸鈣總量為115 g，繼續(xù)攪拌20 min得到底層藝術(shù)涂料。

1. 2. 2表層反射藝術(shù)涂料制備

（1）在涂料攪拌機(jī)內(nèi)放入283.5 g自來(lái)水，打開(kāi)攪拌機(jī)，設(shè)置低速模式。依次往攪拌機(jī)內(nèi)放入1 g分散劑、1.8 g堿溶脹型增稠劑、適量鈦白粉、3 g高嶺土、0.5 g消泡劑，中低速攪拌15 min；

（2）通過(guò)1 g多功能胺助劑將混合物pH值調(diào)節(jié)至弱堿性，促進(jìn)增稠劑發(fā)揮作用，待體系內(nèi)混合物開(kāi)始變得粘稠，中高速分散20 min；

（3）繼續(xù)加入0.3 g丙二醇、5 g十二碳酯醇、130 gRS-2788乳液和剩下的1 g消泡劑，適當(dāng)降低攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)攪拌15 min；

（4）保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，緩慢滴加3.5 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%S482造粒溶液，待反應(yīng)黏度增加，將攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)回高速攪拌模式，繼續(xù)攪拌20 min，得到藝術(shù)涂料基礎(chǔ)漆；

（5）將適量水和懸浮劑、165 g純丙溶液和6.5 g十二碳酸酯混合，得到藝術(shù)涂料清漆；

（6）按照5?2?3的百分比將藝術(shù)涂料基礎(chǔ)漆、質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%S482造粒溶液和藝術(shù)涂料清漆混合均勻，得到表層藝術(shù)涂料。

1. 3性能測(cè)試

1. 3. 1隔熱性能測(cè)試

參照J(rèn)C/T 1040—2020指標(biāo)[7-8]，通過(guò)紅外加熱燈同時(shí)對(duì)隔熱涂層面板和參比黑板進(jìn)行照射加熱然后對(duì)隔熱面板下和參比黑板下的溫度進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)參比黑板與隔熱面板下溫度的差值表征涂層的隔熱性能。

1. 3. 2底層涂料基礎(chǔ)性能

參照國(guó)標(biāo)GB/T25261—2018[9-10]對(duì)底層涂料的基礎(chǔ)性能進(jìn)行測(cè)試。

1. 3. 3反射性能測(cè)試

參照J(rèn)G/T 235—2014[11-12]對(duì)表層涂料的反射性能進(jìn)行測(cè)試。

1. 3. 4表層涂料基礎(chǔ)性能

參照國(guó)標(biāo)HG/T 4343—2012[13-14]對(duì)表層涂料的基礎(chǔ)性能進(jìn)行測(cè)試。

2結(jié)果與討論

2. 1底層涂層配比優(yōu)化及性能研究

2. 1. 1隔熱填料添加量?jī)?yōu)化

設(shè)置隔熱填料添加量為0、20、30、40、50和60 g，觀察隔熱填料對(duì)底層涂料隔熱性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可觀察到，隨隔熱填料添加量的增加，藝術(shù)涂料與參比黑板的最大溫差表現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì)。當(dāng)隔熱填料添加量為50 g時(shí)，其溫差最大達(dá)到了67.72℃，較普通涂料最大溫差提升了約15℃，表現(xiàn)出良好的隔熱性能。這就說(shuō)明過(guò)量的隔熱填料不僅不會(huì)繼續(xù)增加藝術(shù)涂料的隔熱性能，還可能對(duì)藝術(shù)涂料的隔熱性能產(chǎn)生不良影響[15-16]。因此，適合的隔熱填料添加量為50 g。

2. 1. 2基礎(chǔ)性能測(cè)試

表1為底層藝術(shù)涂料基礎(chǔ)性能測(cè)試結(jié)果。

由表1可知，本試驗(yàn)制備的底層藝術(shù)涂料各項(xiàng)性能均滿足GB/T 25261—2018標(biāo)準(zhǔn)，可以作為建筑外表面熱反射隔熱涂料使用。

2. 2表層涂層配比優(yōu)化及性能研究

2. 2. 1鈦白粉用量?jī)?yōu)化

圖2為鈦白粉用量對(duì)涂層反射性能的影響。

由圖2可知，當(dāng)鈦白粉添加量為40g時(shí)，太陽(yáng)光反射比和近紅外反射比基本達(dá)到最高。繼續(xù)增加鈦白粉添加量，涂層反射增長(zhǎng)率幾乎可以忽略不計(jì)。這就說(shuō)明過(guò)量的鈦白粉并不會(huì)進(jìn)一步提升涂料的反射性能。同時(shí)，涂料內(nèi)添加過(guò)量的鈦白粉還可能會(huì)遮蓋多彩涂料原本的色彩[17-18]。綜合考慮，選擇適合的鈦白粉添加量為40g。

2. 2. 2基礎(chǔ)性能測(cè)試

表2為表層藝術(shù)涂料基礎(chǔ)性能測(cè)試結(jié)果。

由表2可觀察到，本試驗(yàn)制備的表層涂層性能滿足HG/T 4343—2012標(biāo)準(zhǔn)，綜合性能良好。

2. 3顏料的影響

以紅色顏料為代表，研究了顏料對(duì)涂料反射性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可觀察到，添加了顏料后，涂層的反射曲線吸收峰出現(xiàn)了明顯的變化。說(shuō)明涂料的反射性能與顏料有關(guān)。由圖3還可以觀察到，硅鐵紅顏料與鐵紅顏料在近紅外區(qū)域較未添加顏料的涂層新增一個(gè)較大的吸收峰，而苝紅顏料在此處并無(wú)新增吸收峰。而苝紅顏料分子為獨(dú)特的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，分子偶級(jí)距為零，因此不在近紅外區(qū)域產(chǎn)生新增吸收峰[19-20]。在遠(yuǎn)紅外區(qū)域，太陽(yáng)光光譜照度能量較低，苝紅顏料波長(zhǎng)明顯低于鐵紅、硅鐵紅顏料。綜合全段波長(zhǎng)反射可知，反射效果最好的為苝紅顏料，其次為硅鐵紅顏料，最差的為鐵紅顏料。

2. 4隔熱性能

以上試驗(yàn)已經(jīng)確定了表層藝術(shù)涂料和底層藝術(shù)涂料的最佳配比，進(jìn)一步對(duì)表層與底層涂料進(jìn)行搭配，其中底層膜厚和表層膜厚均為350μm，確定雙層藝術(shù)涂料的隔熱性能，具體搭配見(jiàn)表3；隔熱溫差測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，單獨(dú)使用底層藝術(shù)涂料和多層藝術(shù)涂料，均能有效提升涂料隔熱性能。但提升效果明顯低于復(fù)合藝術(shù)涂料涂層。復(fù)合藝術(shù)涂料較普通涂料隔熱溫差提升了約30℃。這就說(shuō)明本試驗(yàn)制備的復(fù)合藝術(shù)涂料可以起到很好的隔熱作用，隔熱性能良好。

2. 5實(shí)際應(yīng)用效果

2. 5. 1外觀效果分析

本試驗(yàn)制備的藝術(shù)涂料主要起到美觀和降能作用。以夏季高溫多雨和冬季寒冷干燥的北京為例，對(duì)藝術(shù)涂料的應(yīng)用效果進(jìn)行研究。將本試驗(yàn)制備的藝術(shù)涂料經(jīng)過(guò)調(diào)色后，用于外墻的的涂刷，藝術(shù)涂料的應(yīng)用效果良好，表現(xiàn)出良好的美術(shù)效果。

2. 5. 2能耗分析

以涂刷普通涂料的建筑為對(duì)照，對(duì)藝術(shù)涂料的能耗情況進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可知，本試驗(yàn)制備的復(fù)合藝術(shù)涂料室內(nèi)總能耗約為2.34 kWkh/m2，明顯低于普通涂料，這就說(shuō)明復(fù)合藝術(shù)涂料可以有效降低能耗消耗，表現(xiàn)出良好的環(huán)保性能和應(yīng)用效果。

3結(jié)語(yǔ)

（1）隔熱填料可以有效提升隔熱涂料的隔熱性能，但過(guò)量隔熱材料可能會(huì)在藝術(shù)涂料體系內(nèi)團(tuán)聚，影響藝術(shù)涂料的整體性能；

（2）適量添加鈦白粉對(duì)提升藝術(shù)涂料太陽(yáng)光反射比和近紅外反射比有積極的作用。但過(guò)量鈦白粉會(huì)對(duì)藝術(shù)涂料原本的顏色產(chǎn)生影響；

（3）底層藝術(shù)涂料和表層藝術(shù)涂料的基礎(chǔ)性能分別滿足JC/T 1040—2020標(biāo)準(zhǔn)和HG/T 4343—2012標(biāo)準(zhǔn)，可以用于建筑外墻的涂覆；

（4）顏料種類對(duì)涂層的反射性能影響較大，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要根據(jù)需求選擇適合的顏料種類。

（5）復(fù)合藝術(shù)涂料較普通涂料隔熱溫差提升了約30℃。藝術(shù)涂料可以起到很好的隔熱作用，隔熱性能良好。

（6）將藝術(shù)涂料用于建筑涂料外墻的涂覆，具備較強(qiáng)的美觀性，同時(shí)，室內(nèi)采暖能耗和制冷能耗的總能耗僅有2.34 kWkh/m2，表現(xiàn)出良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]梁光容，陳炳耀，姚榮茂，等.水性氟碳外墻涂料的性能研究[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2020，23（2）：19-22.

[2]湯新穎，閆福安，周勇.新型聚脲彈性涂料的制備及其性能研究[J].中國(guó)涂料，2020，35（3）：43-48.

[3]朱雪皎，呂潔茹，王永秋，等.粉煤灰在水性外墻涂料中的應(yīng)用研究[J].淮北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，41（3）：39-44.

[4]孫萬(wàn)萬(wàn)，曾明，周紫晨，等.高性能外墻隔熱反射涂料的制備與研究[J].新型建筑材料，2021，48（11）：99-102.

[5]郭艷秋，聶佳，趙巍，等. ZrO2/TiO2/FEVE復(fù)合隔熱涂料的制備及其性能[J].化工新型材料，2022，50（7）：125-129.

[6]邢培鑫.雙層復(fù)合隔熱水性多彩涂料的制備與性能研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2023.

[7]王梓安，付瑤.熱反射涂料老化鹽蝕對(duì)建筑外墻節(jié)能的影響[J].建筑節(jié)能（中英文），2023，51（5）：124-128.

[8]吳一凡，王興濤，萬(wàn)紅敬，等.基于SiO2氣凝膠及空心微珠填料的織物用隔熱涂料的性能研究[J].涂料工業(yè)，2023，53（4）：70-74.

[9]羅智明，張鈺霖，張恒通，等.三元聚羧酸分散劑的合成及其在建筑涂料中的應(yīng)用[J].材料研究與應(yīng)用，2023，17（1）：53-60.

[10]段真利，陳景華，林旻.隔熱疏水功能涂料研究進(jìn)展[J].包裝工程，2023，44（1）：33-44.

[11]姜廣明，詹明佳，李婭，等.彈性乳液的比較及其對(duì)彈性建筑涂料性能的影響[J].工程質(zhì)量，2022，40（12）：76-79.

[12]徐生亮，李清材，于建龍，等.鈦酸酯偶聯(lián)劑在化銑保護(hù)可剝涂料中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2022，25（11）：1-4.

[13]李金洋，張淳劼，范程龍，等.夏熱冬冷地區(qū)建筑外墻反射隔熱涂料施工技術(shù)[J].綠色建筑，2022，14（6）：87-90.

[14]田瑞霞，平永杰，張宇，等.影響復(fù)層建筑涂料粘接強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果可靠性的因素研究[J].粘接，2019，40（4）：45-48.

[15]龐華宇，馬立.建筑反射隔熱涂料對(duì)冬季室溫影響實(shí)測(cè)分析[J].西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，36（4）：60-66.

[16]張書(shū)瑤，吳樹(shù)聰，李宇彬.二氧化硅汽凝膠/二氧化鈦改性貝殼粉水性隔熱涂料的制備及性能研究[J].化工管理，2022（9）：76-79.

[17]劉怡然.納米二氧化硅含量對(duì)水性外墻涂料性能的影響[J].淮陰工學(xué)院學(xué)報(bào)，2022，31（3）：26-30.

[18]計(jì)少妮.水性聚氨酯建筑涂料的發(fā)展及改性分析[J].粘接，2022，49（7）：73-75.

[19]于國(guó)玲，陳宛瑤，王學(xué)克，等.國(guó)內(nèi)功能涂料的研究進(jìn)展[J].電鍍與涂飾，2020，39（2）：111-115

[20]桂志偉，張辰盛，李臻.易清潔涂料應(yīng)用于城市建筑的研究[J].建筑科技，2021，5（4）：28-31.