水性建筑反射隔热涂料的研制

水性建筑反射隔热涂料的研制

王 静 曹延鑫 冀志江 王继梅
(中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室,北京100024)

 建筑能耗占人类能源消耗的30 %~40 % ,而其中绝大部分用于取暖和空调,提高建筑物保温隔热性能是节约能源、提高建筑物使用功能的重要途径。我国建筑节能的目标是,争取在2010 年全国新建筑1/ 3 以上能够达到绿色建筑和节能建筑标准,全国城镇建筑的总耗能要实现节能50 % ,到2020 年全社会建筑节能达到65 %[1 ] 。隔热涂料既有隔热功能,又是外装饰材料,是通过阻隔、反射、辐射等机理来降低被涂物内部的热量积累,目前国内外对这种涂料的研究取得了一些进展[ 227 ] ,并广泛的应用于建筑物的表面。本研究以苯丙和纯丙乳液为基料,选用中空玻璃微珠和钛白粉为填料,制得具有反射太阳光和绝热隔热双重功能水性隔热涂料。

1  实验部分
1. 1  实验原料
纯丙乳液AC2261 : 美国罗门哈斯; 苯丙乳液7180 :国民淀粉;金红石型二氧化钛R706 、R960 :杜邦公司; CR828 、CR826 : 科美基公司; 消泡剂、分散剂:进口;玻璃微珠:3M 公司;填料:国产。

1. 2  涂料制备
按比例秤取颜填料、树脂及相应溶剂,混合后用高速分散机进行分散,过滤,包装。基础配方如表1所示。
表1  水性建筑热反射隔热涂料基础配方

 注:表中X、Y分别表示水和乳液的加量,可根据涂料配方设计需要确定具体的加量。

1. 3  涂膜性能测试
1. 3. 1  热反射率测试
太阳吸收比测试采用军标《航天器热控涂层试验方法进行测量》,用配有积分球装置的紫外-可见-近红外分光光度计测量,分光光度计测量波长范围200~2800nm。

1. 3. 2  隔热效果对比测试
将涂料涂在10cm ×10cm 的铁板上做成样板。把制备的样板与参考样板放入温差测试仪中,对两种样品同时加热,分别即时记录加热箱温度、样板后箱温度和参考样板后箱温度,图1 是自制涂层温差
测试仪, 测试环境温度为25 ℃, 红外线灯功率为275w ,红外灯距离测试样板温度为25cm。

图1  自制涂层温差测试仪
(1. 隔热涂料;2. 样板;3. 温度传感器;4. 温度记录仪;5. 聚苯乙烯泡沫塑料;6. 稳压电源;7. 275W 红外灯)

2  结果与讨论
2. 1  二氧化钛的影响
以不同牌号的二氧化钛为颜料( 15 % , wt , 下同) ,空心玻璃微珠S32 (5 %) 为填料配制4 种涂料,二氧化钛均为金红石型。以二氧化钛为颜料(20 %) ,不加空心玻璃微珠配制5 # 涂料。将涂料刷涂于马口铁片上,进行太阳光反射比测定,结果见图2 和表2 。

图2  不同二氧化钛颜料的太阳光反射图
(1 # :R960 + S32 ;2 # CR828 + S32 ;3 # CR826 + S32 ;4 # :R706 + S32 ;5 # :CR826)
表2  不同二氧化钛涂层的热吸收率和半球发射率

从图2 和表2 可以看出,同为金红石型不同牌号的二氧化钛做为颜料,对太阳光的反射率曲线基本一致,太阳热吸收率在0120 %左右变化不大,太阳光反射比为0180 ,半球发射率为0189 % ,能够反射绝大部分可见光和近红外波段的太阳光,而且几乎能够像黑体一样重新辐射新吸收的能量,在500~800nm可见光(VIS) 波段范围内,热反射率可以达到90 %以上,800~3000nm 近红外(NIR) 波段的热反射率可以达到70 %以上。
不同牌号样品略有差别,可能是由二氧化钛粒径不同导致的, 2 # 、3 # 样品二氧化钛粒径为0.19μm 和0.20μm , 1 # 、4 # 样品为0.36μm、0.50μm。在相同PVC 条件下,粒径越小对太阳光的反射会蓝移,对太阳光的散射率越高,5J HJ 样品因为没有添加玻璃微珠,涂料的PVC 小于其他四种,所以对太阳光波长较短的部分反射率较高,而在近红外(NIR) 波段反射比急剧减少,说明玻璃微珠的加
入,有助于对太阳光近红外反射率的提高。

2. 2  玻璃微珠的影响
以金红石型二氧化钛(R826) 为颜料,配置不同空心玻璃微珠( S32) 含量的涂料,分别为4 %、6 %、10 %。将涂料刷涂于马口铁片上,进行太阳热反射率测定;用自制隔热箱测定不同样品的隔热效果,结果见图3 、图4 。

从图3 可以看出,在可见光波段内,不同空心微珠含量的涂料热反射率差别不大,在近红外范围内,热反射率随空心玻璃微珠含量的增加而增大,微珠含量为10 %的涂层比未添加微珠涂层的中红外线反射率提高近30 % ,说明空心微珠的加入有利于涂层对太阳光波长较长部份的反射。空心微珠的加入不仅可以降低涂层的导热系数,还能够有效的反射近红外线提高涂层的隔热性能。在室温保持在25 ℃,用275w 碘钨灯同时加热样品试板和参比试板(普通白色面漆) ,箱体温度升高到60 ℃后测量两个样品的后箱温度,图4 为普通白色涂料与不同微珠含量的建筑热反射隔热涂料的温差图。从图中可以看出,随着玻璃微珠用量的增加,涂层隔热性能明显提高,当微珠含量在10 %左右,温差可以达到15 ℃。但考虑到漆膜的综合性能,微珠含量在4 %~10 %为最佳配比。

2. 3  其他填料对隔热性能的影响
以二氧化钛为颜料(10 %) ,分别以空心玻璃微、绢云母、滑石粉、硅藻土、海泡石为填料(10 %) 制备了5 种涂料,将涂料刷涂于马口铁片上,进行太阳光反射比测定,结果见表3 。

由图3 可以看出,空心微珠为填料的热反射隔热涂料隔热效果最好,绢云母和海泡石的半球发射率比较高,说明其对中远红外的辐射能力比较好,但对可见光和近红外的热反射率相对较低,滑石粉的热反射率较低。

2. 4  隔热性能评定
2. 4. 1  涂层紫外2可见2近红外光反射率测试
按表1 配方,将反射颜料和填料与乳液共混,制备了建筑反射隔热涂料( PVC = 45 %) ,并对其涂层进行了紫外2可见2近红外反射率测试(图5) 。计算结果表明,涂层可见光平均反射率达91 % ,近红外平均反射率77 % ,半球发射率为8914 %。太阳光辐射能量45 %来自可见光,50 %来自红外光区域,因此,该水性建筑反射隔热涂料能够反射绝大部分太阳光,从而达到隔热的目的。

图5  建筑热反射隔热涂层的紫外2可见2近红外反射率
2. 4. 2  隔热效果测试
涂层的隔热效果测试采用自制隔热箱(图1) 。
图6 为不同测量位置的温度随时间变化的测试曲线(涂层PVC = 45 % ,厚度500μm) 。其中T1 、T2 为空白水泥石棉板和样板的上表面温度随时间的变化,当室温为20 ℃时,两者温差达21 ℃,这表明测试涂层具有较好的热反射作用,能够将光源中的一部分热量直接反射出去,从而减少涂层对热的吸收。T3 、T4测定的是空白水泥石棉板和样板背面温度随时间的变化,它主要反映样板对热辐射的阻隔程度。由图6可以看出,和空白样板相比,反射隔热涂料产生了较为显著的热辐射阻隔效果,平衡时温差可达25 ℃。按公式(1) 计算隔热指数ρ= 61.4 %。以上可以得出,所研制隔热涂料具有较好的隔热效果。隔热指数计算公式:

其中ρ为隔热指数: T1 为空白样板上表面温度; T2为隔热涂层上表面温度; T0 为室温。

2. 5  涂料的基本性能测试
本研究制备的水性建筑反射隔热涂料的基本性能见表4 所示。

 ①根据J G/ T 235-2008 建筑反射隔热涂料
 检验结果显示,该涂料具有良好的稳定性和施工性能,适用于金属、水泥石棉板等表面。

3  结 论
对多种反射填料进行紫外-可见-近红外反射率测试结果表明,金红石型二氧化钛和空心玻璃微珠能够有效的反射太阳热,二氧化钛的可见光反射率较高,玻璃微珠具有较好的红外反射作用,而且其低导热系数有助于降低热传导和热对流。因此选用空心微珠和金红石型二氧化钛做为水性建筑热反射隔热涂料的填料。玻璃微珠的最优加入量为4 %~10 %。采用金红石型氧化钛、空心玻璃微珠为填料同苯丙和纯丙乳液共混,制备的水性建筑热反射隔热涂料,其可见光反射率高达91 % ,近红外反射率为77 % ,半球发射率为89.4 % ,涂层为0.5mm 时,隔热指数超过60 %。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注