三合一节能外墙漆的研究与应用

夏季因强烈的阳光辐射,普通建筑物的屋顶和外墙会迅速升温,为维持舒适的室内环境,必须开启空调等设备降温。针对我国南方和一些夏季炎热日照强烈地区,热反射型隔热涂料具有良好的节能效果,据一些实验结果表明,使用太阳热反射涂料能节约20%~35%的空调费用。

1 实验部分
1.1 设计原理
针对隔热、保温、防水功能,要处理好隔热、保温和防水3方面的关系。热传递是通过对流、辐射及分子振动热传导3 种途径实现,要获得良好的隔热保温效果,隔热涂料设计的原则就是从这3 个方面切断热传递的途经。(1)分子振动热传导主要是通过固体物质进行,固体物质热导率越大,热传导进行得就越充分,所以,隔热涂料选用的材料要有较小的热导,在保持足够机械强度的前提下,体积密度越小越理想。(2)热对流通过空气的对流来进行的,隔热层中不能有较大的能使空气发生对流的空隙,必须将空气对流减弱到极限。(3)热辐射的传递不需要介质,可以通过材料的表面反射、散射和吸收来降低热辐射的强度。一种隔热保温效果良好的涂料,往往是多种隔热机理同时协作的结果。另外,防水是要不透水,选择材料时尽可能选择耐候性好,同时具有韧性和硬度、成膜性好的基料,以及低孔隙率的颜填料和憎水剂,可以通过树脂的紧密结合,使涂层致密,毛细孔少,表面憎水来达到防水效果。

1.2 材料选择
颜填料是薄层隔热涂料的关键所在,首先颜填料对热辐射的散射有重要贡献,颜填料遮盖力越强,折射率越大,其对太阳辐射的散射能力越强。一些主要颜填料的折射率见表1。

由表1 可见,钛白粉的折射率最大,而且白色颜料对阳光的散射作用比其它颜料更强,所以涂料颜色应以白色或浅色为主。隔热涂料的隔热功能主要靠一些轻质、热绝缘系数大的功能性填料来实现,如玻璃微珠、陶瓷微珠等,这些特殊材料对近红外光及紫外线的反射比远超过普通填料(见表2)。

由表2 可得,玻璃微珠具有较高的反射比和稳定的储存性能,其封闭的球状结构可以在漆膜中形成很多微观独立的绝热腔体,可以大大提高漆膜的热绝缘性,是良好的隔热填料。另外,可选择一些片状结构的填料,有助于提高漆膜的致密性和加强屏蔽作用。
成膜物质关系着漆膜的各项重要性能,对高档功能性产品而言必须保证漆膜的高耐候性才能使产品具有良好的性价比。根据高耐候性、耐水性和耐沾污性的要求可选择纯丙烯酸乳液和硅丙乳液等(见表3)。

由表3 可得,乔本复合乳液具有很好的抗开裂性和不透水性,其它性能较好。使用乔本复合乳液和真空玻璃微珠以及颜填料助剂进行优化的组合,可大大改善涂膜的不透水性和抗开裂性,有助于三合一节能外墙漆能长期的隔热和保温及延长漆膜的使用寿命。
根据以上因素分析,选择高耐候性、抗开裂性、不透水性、耐沾污性好的乳液和玻璃微珠,以及反射颜填料和合适的助剂进行配比优化,在保证良好隔热功能的基础上突出漆膜的耐候性、耐水性、不透水性、抗开裂性和耐沾污性,制成复合型多功能隔热、保温、防水三合一节能外墙漆。

2 产品性能
在容器中状态:无硬块,搅拌后呈均匀状态;样板涂布量(湿膜厚度):第1 道120 μm、第2 道80 μm、第3 道80 μm(间隔6 h)。其测试结果如下。
干燥时间(表干)1 h;耐碱性:10 d 无异常;耐水性:20 d无异常;涂层耐温变性:8 次循环无异常;耐洗刷性:大于10000 次;耐沾污性7.6%;粘结强度1.6 MPa;不透水性:0.3MPa、30 min 不透水;表面太阳反射比为0.93(按GJD 2502—1995《卫星热控涂层》进行测试);导热系数0.051 W/(m·K)(平均温度14.84 ℃);耐人工气候老化600 h 无起泡、剥落、裂纹,粉化1 级,变色0 级。涂覆三合一节能外墙漆的纤维水泥板盒实验表明:夏季曝晒3 h,盒内温度比盒外温度可最大降低12 ℃;冬季可保暖,盒内温度比盒外温度最少高出8 ℃。且使用三合一节能外墙漆后盒内不漏水。

3 产品应用
三合一节能外墙漆可广泛使用于建筑物、构筑物外墙和屋顶,施工简便、安全、环保,不兑水可直接辊涂或刷涂,施工面积4~5 m2/kg(理论值)。三合一节能外墙漆综合了外墙涂料与隔热保温防水材料的特点,与传统保温体系相比具有多种优势。

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