熱固型反射隔熱涂料的制備與研究

玉 淵，玉寧佳，李子娟，陳規(guī)榮

（1.南寧市金雙龍涂料有限公司，廣西 南寧 530007；2.廣西建筑工程質(zhì)量檢測中心，廣西 南寧 530011；3.南寧市振寧開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530022）

外墻隔熱、保溫是建筑節(jié)能的主要內(nèi)容之一，近年來，國內(nèi)在建筑外墻領(lǐng)域的隔熱、保溫材料大部分是采用保溫膩子層加普通外墻涂料或采用泡沫塑料顆粒保溫沙漿做外墻保溫層。而泡沫塑料多是采用聚氨酯、聚苯乙烯，它的優(yōu)點是質(zhì)量輕、保溫和隔熱性好，但這些材料的耐熱溫度低，遇火易燃燒，在燃燒時產(chǎn)生大量煙霧，毒性很大，而且在實際使用中也存在一些問題，如施工難度大，質(zhì)量難保證，易出現(xiàn)開裂、滲水、空鼓，脫落等現(xiàn)象，因此，建筑隔熱、保溫涂料也開始從內(nèi)墻隔熱保溫向外墻轉(zhuǎn)變。一種新型輕質(zhì)的建筑節(jié)能材料——“反射隔熱涂料”的研究和應(yīng)用也越來越受到人們的重視。“反射隔熱涂料”在涂料中加入熱傳導(dǎo)系數(shù)小有隔熱功能及對太陽輻射有反射功能的材料，借助外墻的表面涂層對太陽光的高反射率，將太陽光反射到外層空間，減少外墻對太陽輻射能的吸收所產(chǎn)生的累積熱，從而降低建筑物表面溫度和室內(nèi)溫度，最終達到建筑節(jié)能降耗、低碳經(jīng)濟和改善環(huán)境的目的。由于夏季我國南方地區(qū)太陽輻射大，光照強度高，天氣炎熱時間長，使用反射隔熱涂料達到建筑節(jié)能的目的具有更加深遠的意義。

1 熱固型反射隔熱涂料主要成分的選擇

1.1 熱固型氟碳樹脂、丙烯酸樹脂為基料

基料是制備反射隔熱涂料的重要組成部分，氟碳樹脂是含氟單體進行自聚或共聚而得到的分子結(jié)構(gòu)中含有較多氟碳化學(xué)鍵的一類樹脂，基料的自身性能影響反射隔熱涂料的使用壽命。以氟碳樹脂為基料，由于氟原子與碳原子形成的C-F鍵的鍵能為447.8kJ·mol-1，相對于其他的 C-C、C-O、C-Cl、C-H的鍵能高很多，所以較高的溫度或紫外線難以解離C-F鍵。而且由于氟原子的電負性極大（4.0），相鄰氟原子的排斥，使C-C主鍵形成一種螺旋結(jié)構(gòu)，高鍵能的C-F鍵對低鍵能的C-C主鍵起屏蔽保護作用[1]，使氟碳樹脂與其他樹脂相比，具有極為優(yōu)異的耐溫變耐熱性、耐酸堿性、耐水性、耐候性。很好的耐溫變耐熱性，確保涂料受太陽光長時間的暴曬或雨水的突然降溫作用時不易褪色，不易粉化，有較長的使用壽命。很好的耐酸堿性、耐水性，確保涂料不易腐蝕、起泡。氟碳樹脂與丙烯酸樹脂物理共混改性，可以使涂層對水的接觸角增大，表面能明顯降低[2]，光澤度提高，附著力增強，還可以使成本得到有效降低。涂層的表面能越低，越不易被雨水潤濕，具有較強的不粘性和防污自潔功能。

1.2 金紅石型二氧化鈦

根據(jù)物理結(jié)構(gòu)的不同，二氧化鈦分為金紅石型、銳鈦型。金紅石型二氧化鈦具有高抗粉化性，其折光指數(shù)為2.8，是所有白色顏料中最大的一種，顏填料的折光指數(shù)越大，對太陽光的反射率越高[3]。白色顏料金紅石型二氧化鈦不但對光線具有很好的遮蓋效果，而且對太陽光有強烈的反射作用，是反射隔熱涂料中的功能性白色顏料。

1.3 陶瓷空心微珠

陶瓷空心微珠或玻璃空心微珠，具有中空結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱系數(shù)較低，為0.03~0.10W·（m·K）-1。在反射隔熱涂料中，通常加入不同粒徑的空心微珠，這樣微珠在涂層的表面形成疊夾的靜態(tài)空氣組，使得其填充于涂料中具有優(yōu)良的隔熱和保溫效果。同時空心微珠比表面比較大，光線照到涂層表面時能夠通過空心微珠產(chǎn)生多次反射，提高涂料的反射隔熱效果。

在選取空心微珠時，還需注意：（1）對比抗壓強度要高；（2）按重量百分比通過正交試驗選取不同粒徑的空心微珠的最佳配比；（3）空心微珠應(yīng)在樹脂、顏填料、溶劑、助劑研磨之后再加入攪拌分散，以防止空心微珠的破碎。

2 實驗部分

2.1 實驗主要原料和儀器

主要原料：熱固型氟碳樹脂，熱固型丙烯酸樹脂；金紅石型二氧化鈦，二氧化硅，陶瓷空心微珠，縮二脲；分散劑、消泡劑、流平劑等，均為市售工業(yè)品。

儀器：電動高速分散機、砂磨機、粘度儀、細度檢測儀等。

2.2 制備方法

將一定比例的樹脂、二氧化鈦、二氧化硅、溶劑、各種助劑投入混合料桶中，經(jīng)電動高速分散機分散均勻后由砂磨機研磨3遍以上，檢驗細度達到25μm以下 , 再加入陶瓷空心微珠以1000r·min-1高速攪拌分散25min后結(jié)束，成品包裝備用。成品在使用前加入固化劑縮二脲攪拌熟化30min，熟化后的成品即為熱固型反射隔熱涂料。

3 結(jié)果與討論

3.1 熱固型反射隔熱涂料隔熱溫差測試

3.1.1 自然太陽光照射下的箱體溫差對比

（1）噴涂與不噴涂反射隔熱涂料箱體溫差對比

在自然太陽光照射下，用數(shù)字式熱電偶溫度計測試箱體內(nèi)溫度變化情況和溫差。箱體規(guī)格500mm×500mm×500mm；箱體材料：鍍鋅板空白箱與噴涂反射隔熱涂料箱；測試時間13：00-14：00，每10min測1次，環(huán)境溫度：35.3℃。

表1 涂與不涂反射隔熱涂料箱體溫差對比Tab.1 The comparison of temperature differences of tank coated with and without solar heat reflecting and insulation coating

（2）噴涂反射隔熱涂料與普通涂料箱體溫差對比

在自然太陽光照射下，用數(shù)字式熱電偶溫度計測試噴涂反射隔熱涂料和噴涂普通涂料的箱體內(nèi)溫度變化情況和溫差。箱體規(guī)格300mm×300mm×300mm；箱體材料：鐵皮板；測試時間 11：00-12：00，每10min測1次，環(huán)境溫度：34.6℃。

表2 噴涂反射隔熱涂料與普通涂料箱體溫差對比Tab.2 The comparison of temperature differences of tank coated with solar heat reflecting and insulation coating and general coating

箱體內(nèi)溫差的大小與測試時自然太陽光的強弱有關(guān)，與實驗箱的涂膜厚度有關(guān)，與選擇試驗用的箱體材質(zhì)及厚度有關(guān)。在同樣材質(zhì)和厚度的鍍鋅板上，噴涂反射隔熱涂料箱體內(nèi)溫度比不噴涂低7.4℃，溫差比較明顯；在同樣材質(zhì)和厚度的鐵皮板上，噴涂白色反射隔熱涂料比噴涂白色普通涂料箱體內(nèi)溫度低3.0℃，說明反射隔熱涂料確實具有較好的隔熱效果。

3.1.2 模擬太陽光照射下的箱體溫差對比

利用1000W碘鎢燈（2支）照射，燈與箱體頂部距離10cm, 用數(shù)字式熱電偶溫度計測試箱體內(nèi)溫度變化情況和溫差。箱體規(guī)格300mm×300mm×300mm；箱體材料：鍍鋅板空白箱與噴涂反射隔熱涂料箱；測試時間12：00-13：00，每10min測1次，環(huán)境溫度：14.0℃。

表3 模擬太陽光照射下箱體溫差對比試驗Tab.3 The test for comparison of temperature differences of tank under the simulated sunlight

在同樣材質(zhì)和厚度的鍍鋅板上，模擬太陽光照射下噴涂反射隔熱涂料箱體內(nèi)溫度比不噴涂低9.5℃，箱體內(nèi)溫差與選擇的光源強度有關(guān), 和燈與箱體頂部距離有關(guān)。

3.1.3 自然太陽光照射下彩鋼瓦面的單車頂棚背面下溫差對比

用反射隔熱涂料分3次在彩鋼瓦面的單車棚頂上涂刷，實驗規(guī)模7.10m×4.30m。用數(shù)字型熱電阻溫度計測量涂刷和沒涂刷反射隔熱涂料的彩鋼瓦背面下的溫度。測試時間15:00，環(huán)境溫度35.0℃。在沒涂刷反射隔熱涂料的彩鋼瓦背面下的溫度為62.5℃，用手觸摸有明顯的滾燙感，而涂刷反射隔熱涂料的彩鋼瓦背面下的溫度為48.1℃，二者溫差14.4℃，用手觸摸，明顯感覺沒有那么燙手，在棚下也會陰涼很多。因此，對于使用彩鋼瓦面為屋頂?shù)呐R時建筑物或簡易廠房，以及露天的生產(chǎn)管道、容器、儲罐等，在太陽光的強烈照射下，會造成外墻、屋頂或外壁及內(nèi)壁的溫度大幅升高，而采用涂刷反射隔熱涂料來降溫，將是改善居住環(huán)境和生產(chǎn)使用條件的一個簡單且行之有效的辦法。

3.1.4 反射隔熱涂料中含不同顏色微珠時的對比試驗

在自然太陽光照射下，用數(shù)字式熱電偶溫度計測試分別涂刷含有淺灰色和白色陶瓷空心微珠的反射隔熱涂料箱體內(nèi)溫度變化情況和溫差。箱體規(guī)格300mm×300mm×300mm；箱體材料：鍍鋅板；測試時間14：45-15:45，每10min測1次，環(huán)境溫度34.4℃。

表4 反射隔熱涂料中含不同顏色微珠時箱體溫差對比Tab.4 The comparison of temperature differences of tank coated with solar heat reflecting and insulation coating contained with different color microsphere

太陽光照射在任何物體上，都會發(fā)生吸收、反射、透過現(xiàn)象，如果說不透明的鍍鋅板涂層對太陽光的透過可以忽略不計的話，那么由于涂層中淺灰色微珠比白色微珠對太陽光的吸收要大，在其他條件完全相同的情況下，白色微珠比淺灰色微珠對太陽光的反射率要高，因而含白色陶瓷空心微珠的反射隔熱涂料具有較好的反射隔熱效果。

3.2 熱固型反射隔熱涂料的涂料等級及建筑節(jié)能指標(biāo)檢測結(jié)果

將所制備的熱固型反射隔熱涂料送廣西產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院檢驗涂料等級，檢驗依據(jù)為GB/T 9757-2001《溶劑型外墻涂料》，其主要指標(biāo)及結(jié)果見表5。

表5 熱固型反射隔熱涂料的涂料等級檢測結(jié)Tab.5 The grade test result of thermosetting solar heat reflecting and insulation coating

檢驗結(jié)果說明，所制備的熱固型反射隔熱涂料具有優(yōu)異的耐人工氣候老化性、耐溫變性、耐洗刷性、耐水性、耐堿性等性能，達到溶劑型外墻涂料的優(yōu)等品等級。涂料粉化、褪色等級低，不易起泡，不易剝落，不易產(chǎn)生裂紋以致脫落，從而提高了反射隔熱涂料的使用壽命。

將所制備的熱固型反射隔熱涂料送廣西建筑工程質(zhì)量檢測中心進行建筑節(jié)能材料檢驗，半球發(fā)射率項目送至廣西綠色建筑節(jié)能中心有限公司檢驗，檢驗的依據(jù)：（1）JG/T 235-2008《建筑反射隔熱涂料》；（2）GB/T 25261-2010《建筑用反射隔熱涂料》，其主要檢測指標(biāo)要求和結(jié)果見表6。

表6 熱固型反射隔熱涂料的檢測結(jié)果Tab.6 The test result of thermosetting solar heat reflecting and insulation coating

國家和建設(shè)部對建筑反射隔熱涂料的標(biāo)準(zhǔn)中主要有2個關(guān)鍵指標(biāo)，即太陽光反射比（白色）≥0.80，半球發(fā)射率≥0.80。太陽光反射比和半球發(fā)射率是反射隔熱保溫涂料的基本特性，這2個指標(biāo)的高低將決定涂料的整體反射隔熱保溫效果[4]。檢驗結(jié)果說明所制備的熱固型反射隔熱涂料完全達到國家和建設(shè)部對發(fā)射隔熱涂料的要求標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

（1）所制備的熱固型反射隔熱涂料是溶劑型外墻涂料的優(yōu)等品，同時完全達到國家和建設(shè)部對反射隔熱涂料的要求標(biāo)準(zhǔn)：太陽光反射比（白色）≥0.85，半球發(fā)射率≥0.87，隔熱溫差為12℃，隔熱溫差衰減（白色）為4℃。

（2）自然太陽光照射下，1h內(nèi)，在其他條件相同情況下，噴涂反射隔熱涂料比空白箱箱體內(nèi)溫度低7.4℃；比噴涂普通涂料箱箱體內(nèi)溫度低3.0℃；模擬太陽光照射下比空白箱箱體內(nèi)溫度低9.5℃；比沒涂刷反射隔熱涂料的彩鋼瓦面單車頂棚背面下溫度低14.4℃。以上結(jié)果說明所制備的熱固型反射隔熱涂料具有明顯的隔熱保溫效果

（3）熱固型反射隔熱涂料比水性反射隔熱涂料一次性投入成本高一些，但其使用壽命長，超耐久性，對于不便于維修和保養(yǎng)的高層或超高層建筑的外墻隔熱保溫具有重要的意義。

[1] 邊藴靜.氟碳樹脂涂料[J].中國涂料，2006（6）：22-26.

[2] 楊啟如，葉發(fā)銀，吳培，等.無毒型低表面能海洋防污涂料的研制[J].材料保護，2007，40（7）：32-35.

[3] 孫明杰.太陽熱反射隔熱涂料的研究[D].北京：北京化工大學(xué)，2010.

[4] 林宜益.建筑反射隔熱涂料的標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用探討[J].中國涂料，2011，26（7）：15-18.