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新型建筑太陽熱反射涂料的制備,太陽熱反射涂料涂裝于建筑物表面可以有效地降低建筑物表面溫度
2020年02月05日    閱讀量:1159    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

2011 年7 月19 日,國務院公布了《“十二五”節能減排綜合性工作方案》,明確在建筑等四大領域“十二五”期間節能減排工作的總體部署。節能涂料用于建筑物表面可以有效地降低建筑物表面及內部的溫度,并能緩解建筑物表面溫度變化,對建筑物有良好的保護作用。


節能涂料屬于功能性建筑涂料,按其節能原理的不同可分為阻隔型、輻射型、反射型節能涂料,3 種涂料的隔熱機理不同,性能特點、應用場合及節能效果也不相同[1]中國建材網cnprofit.com


反射型節能涂料主要通過對太陽熱的反射降低表面溫度,達到節能目的。目前反射型節能涂料大部分為丙烯酸涂料,隨時間變化,丙烯酸涂料的耐沾污性缺點便顯現出來,一般3 年內反射效果將降低50%,在部分空氣污染嚴重的城市,不到2 年反射效果會降低50%。本文重點進行氟碳與丙烯酸節能涂料的耐沾污性能對節能效果的影響及耐人工老化性能的比較,并優化顏填料,制備了耐沾污性優異的反射型節能涂料。


1 試驗

1.1 主要原材料及儀器設備

氟碳乳液:分別來自國內外3 個廠家;R902 金紅石型二氧化鈦:杜邦公司;空心玻璃微珠:VS5500,美國3M 公司;陶瓷微粉:W410,美國3M 公司;重鈣:CC-800,江西廣源;高嶺土:HY-T-80,山西正陽;滑石粉:800 目,北京科蘭粉體有限公司;助劑:工業級,均為市售。

QWX-涂層耐沾污試驗機、ATLAS-Ci4000 氙燈老化箱、WRNK-010 針狀觸點溫度探測儀、SF04 高速砂磨攪拌機、C84-III 反射率測試儀、STM-IV 斯托默黏度計、JA2003A 電子天平、自制測溫裝置。

1.2 熱反射涂料的基本配方(見表1)

新型建筑太陽熱反射涂料的基本配方

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1.3 熱反射涂料的制備工藝流程(見圖1)

熱反射涂料的制備工藝流程

按圖1 將一定量去離子水及各種助劑加入到研磨機的攪拌罐中預分散,然后加入填料,高速攪拌得到漿料。向漿料中加入乳液及增稠劑,在電動攪拌機作用下低速攪拌,過濾后得到太陽熱反射涂料。

1.4 隔熱性能測試方法

隔熱性能測試裝置參照JG/T 235—2008《建筑反射隔熱涂料》中6.6 自制,測試裝置如圖2 所示。

自制隔熱測溫裝置示意

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隔熱性能測試的基板為纖維增強硅酸鈣板,試板尺寸為360 mm×360 mm×5 mm,測試時放置在加熱燈垂直距離30 cm處,涂有涂層的試板面向外,將WRNK-010 針狀觸點溫度探測儀放置試板的內測。測溫時保持外界環境溫度一致,每隔一定時間記錄測試溫度,當溫度恒定不變時停止記錄[2]。


2 結果與討論

2.1 乳液的選擇

為了保持反射型節能涂料的反射效果,選擇的樹脂必須具有超強的耐沾污性和耐候性[3]。本文選擇了丙烯酸乳液及國內外3 個廠家的氟碳乳液(分別為國內1、國外1 和國外2),按照表1 的基本配方制備了熱反射涂料,并測試了涂料的耐沾污性能,結果見表2。

不同乳液制備的熱反射涂料的耐沾污性

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由表2 可以看出,氟碳乳液的耐沾污性能均優于丙烯酸乳液。氟碳樹脂中氟原子電負性最高,氟碳鍵能比其它化學鍵能大,鍵距最短,氟原子緊密地包圍著碳碳主鍵,形成一個螺旋的結構,不宜被化學介質破壞;氟原子遮蔽了碳碳鍵之間的正電效應,使它具有非常小的聚合能和低表面張力,使氟碳樹脂具有耐沾污的性能。同時,3 個廠家的氟碳乳液的耐沾污性能也略有差別,原因在于氟碳的含量不同,國外2 氟碳乳液的氟含量最高(20%),因此耐沾污性能也最好。

2.2 功能填料的選擇

反射節能涂料主要是通過對太陽光的反射達到節能目的,太陽光熱能量分布為紫外光5%,可見光45%,近紅外50%[4]。本文比較了3 種熱反射粉體在不同光區的平均反射率(見表3)。

添加不同功能填料涂層的紫外-可見-近紅外反射率

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由表3 可以看出,金紅石鈦白粉的近紅外平均反射率和可見光平均反射率與陶瓷微粉相差不多,在紫外光平均反射率雖然最低,但是紫外光能量只占到5%,綜合價格因素,本文選擇金紅石型鈦白粉。

2.3 顏基比的優化

合理的顏基比不但賦予涂料優異的理化性能,而且可以將成本降到最低[5]。本文選擇了5 種比例的顏基比進行對比試驗,主要考察它們對耐沾污性能和隔熱溫差的影響,結果見表4。

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顏基比對涂料性能的影響

由表4 可以看出,當顏基比大于0.625 時,耐沾污性能下降;隔熱溫差卻隨著顏基比的增大而升高。主要原因可能是,當顏料較少時,乳液能夠將顏料全部包覆,顏料顆粒直接充滿乳液,此時耐沾污性能只取決于乳液本身,但是當顏料不斷增大時,乳液不能完全包覆顏料顆粒,使部分顆粒暴露出來,此時耐沾污性能取決于乳液本身和顏料的暴露程度,所以耐沾污性能下降。


另一方面,隔熱溫差主要取決于顏填料對太陽熱的反射,隨著顏料的增加,在一定范圍內,反射更多的太陽熱量,隔熱溫差增大。綜合耐沾污性能及隔熱溫差,本文確定顏基比為0.625。



2.4 耐沾污試驗前后的隔熱效果比較

將制備的氟碳節能涂料與美國某廠家的丙烯酸節能涂料進行了耐沾污前后的隔熱效果比較,耐沾污試驗按JG/T235—2008 中規定的方法進行。氟碳節能涂料和丙烯酸節能涂料耐沾污前后溫箱幾何中心的溫度變化曲線分別見圖3、見圖4。

氟碳節能涂料耐沾污試驗前后的溫度變化曲線

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丙烯酸節能涂料耐沾污試驗前后的溫度變化曲線

由圖3、圖4 可以看出,氟碳熱反射涂料耐沾污試驗前后溫度最大變化為1~2 ℃,丙烯酸熱反射涂料溫度最大變化為4~5 ℃,說明氟碳熱反射涂料較丙烯酸熱反射涂料有更持續的反射隔熱效果。


2.5 耐人工老化性的比較

將制備的氟碳節能涂料與美國某丙烯酸節能涂料進行耐人工老化性比較。試驗結果表明,經2000 h 人工老化后,氟碳節能涂料無異常,而丙烯酸節能涂料出現氣泡(分別見圖5、圖6)。

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氟碳涂料2000 h 耐老化試驗結果

丙烯酸涂料2000 h 耐老化試驗結果

由圖5、圖6 可以看出,自制的氟碳節能涂料與美國某丙烯酸節能涂料相比具有更優異的耐老化性能。


2.6 太陽熱反射涂料的性能

經測試,自制氟碳熱反射涂料的性能符合JG/T 235—2008 標準要求。測試結果見表5。

熱反射涂料的性能測試結果

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3 結語

(1)比較了丙烯酸乳液及國內外3 個廠家的氟碳乳液,結果表明,氟碳熱反射涂料的耐沾污性均優于丙烯酸熱反射涂料,且與氟含量有關。

(2)比較了氟碳熱反射涂料與丙烯酸熱反射涂料耐沾污試驗前后的節能效果,表明氟碳熱反射涂料較丙烯酸熱反射涂料在耐沾污試驗后有更大節能優勢。氟碳熱反射涂料耐沾污試驗前后溫度最大變化為1~2 ℃,丙烯酸熱反射涂料溫度最大變化為4~5 ℃。

(3)自制的氟碳熱反射涂料的性能符合JG/T 235—2008標準要求,耐沾污性和耐老化性優異,性價比高,具有一定的競爭力。


郭岳峰,陳鐵鑫,楊斌,黃逸柳

(北京東方雨虹防水技術股份有限公司,北京101309)


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