復(fù)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(xué)工業(yè)集團(tuán)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(chǔ)。在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展和未來發(fā)展趨勢(shì)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(dǎo)熱材料從隔熱、保溫兩個(gè)層面來看，若未有合適的措施，可能會(huì)導(dǎo)致材料在浪費(fèi)的同時(shí)還無法達(dá)到保溫、隔熱的效果。目前，實(shí)際應(yīng)用中的保溫隔熱材料不僅操作復(fù)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(diǎn)對(duì)復(fù)合型保溫隔熱涂料的制備進(jìn)行研究。

1 保溫涂料概述

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

1)保溫涂料的導(dǎo)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(jìn)行全面豁結(jié)，可應(yīng)用于對(duì)異性結(jié)構(gòu)體進(jìn)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(jiǎn)單，即生產(chǎn)成本較低。

根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，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(fù)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(jī)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(jìn)一步提升保溫隔熱涂料的應(yīng)用效果，降低其生產(chǎn)成本充分發(fā)揮不同工藝下對(duì)應(yīng)保溫涂料的性能。本文初步設(shè)想將兩種或者多種隔熱機(jī)理同時(shí)應(yīng)用并生產(chǎn)出一種復(fù)合型保溫隔熱涂料，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)并充分發(fā)揮各種隔熱機(jī)理下的效果，從而極大提升保溫隔熱涂料的應(yīng)用效果[2]。

2 復(fù)合型保溫隔熱涂料的制備

2.1 復(fù)合型保溫隔熱涂料的制備基礎(chǔ)

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(huì)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?？己吮馗魺嵬苛系闹笜?biāo)眾多，其中以熱反射率和導(dǎo)熱系數(shù)為關(guān)鍵指標(biāo)。本節(jié)將重點(diǎn)研究可制備成復(fù)合型保溫隔熱涂料的方案[3]。

制備復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)合型保溫隔熱涂料制備的關(guān)鍵儀器及規(guī)格

除了上述實(shí)際制備過程中涉及到的關(guān)鍵儀器外，還需對(duì)制備好樣品的反射率和導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，其涉及到的儀器為NDJ-8S型數(shù)字顯示轉(zhuǎn)子黏度計(jì)(測(cè)反射率)和DMR-1型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀。

2.2 復(fù)合型保溫隔熱涂料的制備步驟

生產(chǎn)原料和設(shè)備準(zhǔn)備完畢后，按照?qǐng)D1所示的流程圖制備復(fù)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(fù)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?jǐn)嚢瑁?/p>

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?jǐn)嚢?。在攪拌操作中設(shè)計(jì)的參數(shù)為：攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為1 000 r/min，充分?jǐn)嚢韬蠓稚?5 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(jī)進(jìn)行低速攪拌后通過篩選設(shè)備進(jìn)行過濾，并采用氨水將過濾后產(chǎn)品的pH值進(jìn)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(shè)備為100目(0.15 mm)的篩網(wǎng)[4]。

4)采用測(cè)試儀器對(duì)上述步驟制備而成的復(fù)合型保溫隔熱材料的反射率和導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，為后續(xù)配方的優(yōu)化提供指導(dǎo)。

2.3 保溫隔熱涂料配方的初定

本節(jié)重點(diǎn)對(duì)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(jìn)行初步確定?；系闹饕δ苁菍⒈馗魺嵬苛现械墓橇橡そY(jié)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(duì)比如下：純丙乳液的耐候性較差；苯丙乳化液具有較好的機(jī)械性能和強(qiáng)度；硅丙乳化附著力、耐腐蝕性更強(qiáng)，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(fù)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(shí)各原料的用量。因此，本節(jié)分別對(duì)各種原料在不同用量情況下所得復(fù)合型保溫隔熱涂料的反射率和導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，最終得出復(fù)合型保溫隔熱涂料的最佳配方。在研究過程中，設(shè)定各原料、助劑以及水的總量為100 g。

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

表3 復(fù)合型保溫隔熱涂料各原料的用量選擇

經(jīng)對(duì)比研究可知，當(dāng)復(fù)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(shí)，所得復(fù)合型保溫隔熱材料的性能最佳。

4 結(jié)語

保溫隔熱材料廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)生活的各行業(yè)中，對(duì)于任何材料而言其性價(jià)比為衡量該材料的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。保溫隔熱涂料由于其施工方便、生產(chǎn)簡(jiǎn)單以及成本低的問題被快速推廣應(yīng)用。本文重點(diǎn)針對(duì)復(fù)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(dāng)復(fù)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(shí)，所得復(fù)合型保溫隔熱材料的性能最佳。