紅外反射顏料在水性涂料中的應用

王廣存

(山西東方紅制漆有限公司，山西 太原 030045)

引 言

近年來，在環(huán)保、綠色生產(chǎn)等理念的大力倡導下，國家對各行業(yè)使用材料、設備排放物等進行了嚴格的監(jiān)管。對于建筑行業(yè)而言，“綠色建筑”的概念被大力宣傳，涂料作為建筑行業(yè)必不可少的材料之一，其從最初的對建筑裝飾、保護等功能向更廣泛的領域發(fā)展。也就是說，建筑行業(yè)對涂料的環(huán)保性能以及功能提出了更高的要求[1]。水性涂料與傳統(tǒng)涂料相比具有絕對性的優(yōu)勢，由于水性涂料施工難度低、效果好，因此，水性涂料廣泛應用于建筑行業(yè)和汽車領域。

水性節(jié)能涂料作為水性涂料的一種，其具有絕熱、太陽能反射、紅外輻射等功能，已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)保溫隔熱材料在建筑行業(yè)中的應用地位。但是，我國對水性節(jié)能涂料的研究較晚，其在實際應用中存在保溫效果不穩(wěn)定、耐候性差、施工穩(wěn)定性差以及成本高等問題，進而使其無法在實際應用中大力推廣應用[2]。本文著重研究了紅外反射顏料對水性節(jié)能涂料性能的改進。

1 水性節(jié)能涂料的制備

1.1 制備原料及儀器

水性節(jié)能涂料的制備所需原料及儀器如表1、表2所示。

表1 實驗所需原材料種類及規(guī)格

表2 實驗所需器材及型號

1.2 水性節(jié)能涂料制備工藝

水性節(jié)能涂料制備包括漿料制備和涂料制備兩個過程中。具體流程如下：

1) 漿料的制備。將蒸餾水和分散劑、成膜助劑加至燒杯中，并將其均勻攪拌；將消泡劑加入上述溶液中，直到溶液中氣泡完全消除后繼續(xù)穩(wěn)定30 min；將紅外反射顏料和鈦白粉依次加入上述溶液中，添加過程中應勻速進行，確保溶液上方無顏料或鈦白粉積存。在制備過程中應根據(jù)氣泡程度加入適量的消泡劑，避免氣泡積存。待鈦白粉和紅外反射顏料添加完畢后穩(wěn)定1 h。

2) 水性節(jié)能涂料的制備。將1) 中制得的乳液采用500 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，并在攪拌過程中依次加入成膜劑和流平劑[3]。待助劑全部添加完畢后穩(wěn)定1 h得水性節(jié)能涂料。

1.3 節(jié)能效果驗證

對比不同類型紅外反射顏料水性涂料的反射率和半球反射率，進而對比水性節(jié)能涂料是否能夠達到節(jié)能的效果。

樣品制作方法：取標準尺寸的馬口鐵板，并采用乙醇、抹布等對其表面進行處理，晾干以備使用。將制得的水性節(jié)能涂料和普通水性涂料均勻涂抹于馬口鐵板，基于磁性測厚儀確保涂料厚度在100 μm左右。

采用反射率測定儀和半球發(fā)射率測定儀對上述制得樣品的反射率和半球發(fā)射率進行測定。

2 實驗結果分析

2.1 不同紅外反射顏料的對比

本次實驗分析添加不同紅外反射顏料對所制得的水性節(jié)能涂料節(jié)能效果的影響。由于鈦白粉的主要功能是增強涂料的白度，從而使得更多的可見光被反射。因此，要求不同紅外反射顏料的組合中均添加適量的鈦白粉[4]。不同紅外反射顏料所得水性節(jié)能涂料的反射率及半球發(fā)射率結果如表3所示。

表3 不同紅外反射顏料實驗結果

分析表3可知，涂料中添加鈦白粉、重晶石以及云母粉3種紅外反射顏料時所得水性節(jié)能涂料的反射率和半球發(fā)射率的指標高于添加(鈦白粉、高嶺土、云母粉)、(鈦白粉、重晶石、滑石粉)以及(鈦白粉、高嶺土、滑石粉)3種組合紅外反射顏料所得水性涂料的相應指標。

2.2 不同比例紅外反射顏料對比

由2.1可知，添加鈦白粉、重晶石以及云母粉3種紅外反射顏料時所得水性節(jié)能涂料的反射率和半球發(fā)射率的指標較高。因此，還需研究添加上述3種不同比例的紅外反射顏料所得水性涂料的反射率和半球發(fā)射率的指標是否有差異。為此，分別研究1#[m(鈦白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=1∶1∶1]、2#[m(鈦白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=2∶1∶2]以及3#[m(鈦白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=5∶2∶3]三種比例下所得水性節(jié)能涂料反射率和半球發(fā)射率的指標差異。實驗結果如表4所示。

表4 不同比例下紅外反射顏料試驗結果

分析表4可知，當m(鈦白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=5∶2∶3時所得水性節(jié)能涂料的反射率和半球發(fā)射率的指標值均優(yōu)于m(鈦白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=1∶1∶1和m(鈦白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=2∶1∶2的情況。

3 實際應用效果分析

根據(jù)上述實驗可知，當添加m(鈦白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=5∶2∶3的紅外反射顏料時所得水性節(jié)能涂料的性能最佳。為驗證在上述方案下制得的水性節(jié)能涂料的性能是否優(yōu)于普通水性涂料，將水性節(jié)能涂料和普通水性涂料分別涂刷于某樓頂?shù)膲γ嫔?，并在實時氣溫條件下采用紅外熱成像儀對兩種涂料的表面溫度進行測量。測量結果如圖1所示。

圖1 水性涂料性能對比

如圖1所示，圖中左側(cè)為普通水性涂料表面溫度，右側(cè)為m(鈦白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=5∶2∶3所制得的水性節(jié)能涂料的表面溫度。對比可知，水性節(jié)能涂料的表面溫度為45.5 ℃，普通水性涂料的表面溫度為63 ℃，墻體表面溫度為64.8 ℃。因此，采用m(鈦白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=5∶2∶3所制得的水性節(jié)能涂料具有較好的節(jié)能效果。

4 結論

水性涂料被廣泛應用建筑行業(yè)，且其功能已經(jīng)從傳統(tǒng)的裝飾、保護等功能向更廣的方向發(fā)展，其中水性涂料的節(jié)能效果為未來的主要方向之一。經(jīng)研究，在普通水性涂料中添加m(鈦白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=5∶2∶3所得水性節(jié)能涂料的反射率和半球發(fā)射率的指標最佳，且其在實際應用時表面溫度較普通水性涂料的低。因此，應加強對紅外反射顏料在水性涂料中的研究，得出最佳比例下、最佳組合的紅外反射顏料，為提升水性涂料的性能奠定理論基礎。