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復合外墻隔熱涂料的制備和隔熱性能研究,制備了2類復合外墻隔熱涂料
2020年02月21日    閱讀量:467    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

薄質外墻隔熱涂料是一種新型的功能性涂料, 它能夠有效地阻止熱傳導, 降低表面涂層和內部環境的溫度, 從而達到改善工作環境, 降低能耗的目的 。隔熱涂料根據隔熱機理可分為阻隔型、反射型及輻射型3種。


阻隔型隔熱涂料屬厚質傳統涂料, 其隔熱機理是阻抗熱傳遞, 其技術已很成熟 ; 輻射型隔熱涂料是通過輻射的形式把建筑物吸收的日照光線熱量以一定的波長發射到空氣中達到隔熱降溫, 尚無工程應用產品 ; 反射型隔熱涂料的隔熱機理是反射太陽光中國建材網cnprofit.com


對于薄質隔熱涂料, 目前我國主要側重于研究反射型隔熱涂料, 并已成功進行工程應用 , 對于將以上3 種隔熱機理結合制備復合型外墻隔熱涂料的研究甚少。本研究采取2類復合方式, 一類是將反射型、輻射型、阻隔型3種功能填料按一定比例復合配制外墻隔熱涂料; 


另一類是分別制備反射、輻射、阻隔涂層, 并將這3 種涂層按2種方式疊加復合, 構成外墻隔熱涂層。比較了功能填料復合涂層、疊加復合涂層、反射型涂層、輻射型涂層、阻隔型涂層的隔熱性能。


1 原料及設備

1.1 主要原材料

純丙烯酸乳液; 金紅石型二氧化鈦; 助劑; 反射型功能填料: 防紫外線無機粉末, 實心陶瓷微珠, 空心陶瓷微珠, 反光粉; 輻射型功能填料: 納米級和325目遠紅外陶瓷粉, 600目ZR- 涂料粉, A l2O3; 阻隔型功能填料: 空心玻璃微珠, 600目漂珠, 硅藻土; 所有原材料均為市售。

1.2 主要設備

FX115型高速攪拌分散機; JJ- 1型電動攪拌器; QL- 425型超聲波分散機; 涂布器; 表面熱電耦; 溫度顯示儀; 紅外燈等。

 

2 試樣的制備及隔熱性能測試方法

2.1 試樣的制備方法

( 1)將分散劑和防凍劑加入蒸餾水中, 放至電動攪拌器上低速攪拌均勻, 將二氧化鈦及功能填料按密度先小后大的順序緩慢加入, 同時根據情況加入適量消泡劑, 然后緩慢加入成膜助劑及部分增稠劑, 低速攪拌均勻后再移至高速攪拌分散機, 加入剩余的部分增稠劑, 高速分散約30 m in, 即得顏填料色漿;

( 2)將乳液緩慢加入調制好的顏填料色漿中, 低速攪拌30~ 40 m in, 調節黏度和pH, 出料待制備試樣;

( 3)對于空心狀的功能填料不能高速攪拌, 以免破壞其空心結構。該類型功能填料采用超聲波分散約30 m in, 然后再與乳液混合均勻, 低速攪拌30~ 40 m in, 調節黏度和pH, 出料待制備試樣。


2.2 試板的制備方法

制備試板采用的是JC /T 412. 2-20065纖維水泥平板第2部分: 溫石棉纖維水泥平板6中6.3和6.4 規定的高密度IV級溫石棉纖維水泥平板, 規格150 mmx 75 mmx 4~ 6 mm。其表面處理按GB /T 9271- 1988《色漆和清漆標準試板》的規定進行。試板的制備按GB 9152- 1988《建筑涂料涂層試板的制備》進行, 涂刷后在自然環境下放置7 d后待測。


2.3 隔熱性能測試方法

( 1)絕對溫升的測定

以美國軍標改進后的自制裝置對試樣的隔熱效果進行測試。裝置為用50 mm 厚的聚苯乙烯泡沫板制成一個外圍尺寸為360 mmx 360 mmx 250 mm 的箱子, 在箱子的上表面裁出2個對稱的長方形孔洞, 尺寸以試板不下漏為宜, 試驗裝置示意如圖1所示。

改進后測定涂料絕對溫升的試驗裝置示意圖( h = 34 cm )

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試驗在空調室內進行, 以空調控制室溫為( 20± 2) ℃ , 將試板置于空調室內2 h以上, 使試板溫度與環境溫度平衡, 測量時緊閉門窗, 保證風速為零。將2 塊涂有同一試樣的樣板放置于紅外燈正下方, 板邊緣彼此相距50 mm; 開啟紅外燈,每隔3 m in記錄兩塊樣板在同一時間點的下表面溫度; 共記錄33 m in(通過試驗發現, 樣板被照射33 m in 后, 其下表面溫度變化不超過1℃ , 視為至平衡溫度) , 并取2 個溫度的平均值作為該試樣的平衡溫度; 絕對溫升為獲得的平衡溫度減去初始溫度。


( 2)太陽反射比的測定

按GJB 2502-1996《衛星熱控涂層試驗方法》中方法210“ 衛星熱控涂層太陽吸收比光譜測試法( 絕對法) ”的規定進行測定。

( 3)半球發射率的測定

按GJB 2502) 19965衛星熱控涂層試驗方法6中方法310“ 衛星熱控涂層穩態量熱計法半球發射率測試法”的規定進行測定。

( 4)太陽光照射下外墻隔熱涂料的隔熱效果測試

為測試在太陽光照射下外墻隔熱涂料的隔熱效果, 筆者制作了7 個空腔尺寸為長X 寬X 高= 350 mmx 350 mmx300 mm的熱箱, 熱箱的5 個面用聚苯乙烯泡沫板構成, 上蓋360 mmx 360 mm 的纖維水泥試板。圖2 為該試驗裝置示意圖。

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太陽光照射下隔熱效果測試裝置示意圖

選擇一個太陽能夠直接照射的樓房頂層, 并在四周設有一定高度的擋風墻, 高度以確保試驗期間照射在試驗裝置上的太陽光不被擋風墻遮住。測試日期為2008年5月21日, 天氣為多云轉晴, 有微風; 測試時間為09: 30- 18: 30, 每隔30 m in記錄一次熱箱內溫度。

 

3 結果與討論

采取2種復合方式研制同時具備反射、輻射、阻隔三種隔熱機理的外墻隔熱涂層, 充分發揮其各自的特點和協同作用,優勢互補, 使涂層的隔熱效果更為顯著。其中空白樣為不摻任何功能填料, 顏料為二氧化鈦; 反射型、輻射型、阻隔型隔熱涂料配方分別見表1~ 3, 摻量均為占涂料總質量的質量分數。

反射型隔熱涂料配方

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3.1 反射、輻射、阻隔型功能填料復合配制外墻隔熱涂料

3.1.1 功能填料復合涂層與其他涂層的絕對溫升比較

將按表4配制的功能填料復合涂層, 與反射型隔熱涂層、輻射型隔熱涂層及阻隔型隔熱涂層比較, 采用圖1熱箱測試裝置測定其絕對溫升, 所得結果見圖3。

三類功能填料的復合隔熱涂料配方

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不同類型涂層的絕對溫升比較

從圖3可以看出, 將反射、輻射、阻隔型功能填料復合配制而得的隔熱涂料, 通過熱箱測定其絕對溫升為27.4 ℃ , 與反射層相比降低0. 6℃ , 與輻射層相比降低3. 2℃ , 與阻隔層相比降低0.5℃ , 與空白樣相比降低7.2℃ ; 并且從圖中很明顯地看出, 當在涂料中只摻入輻射型功能填料時, 其涂層的隔熱效果較差。


3.1.2 功能填料復合涂層的太陽反射比測定

圖4為功能材料復合涂層的反射光譜。

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反射、輻射、阻隔型功能材料復合涂層反射光譜

結合圖4中的數據, 根據太陽反射率測定方法計算得到:該功能填料復合涂層在波長為250~ 2 500 nm范圍內的太陽反射比為87%。參照JC /T 1040- 2007《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》中涂層太陽反射比≥83%的規定, 可知該復合涂層的太陽反射比高于該標準要求。

3. 1. 3 功能填料復合涂層的半球發射率測定

委托國家建筑材料測試中心對該功能填料復合涂層進行了半球發射率測試。根據半球發射率測定方法, 計算得到該試樣的半球發射率為89%, 高于JC /T 1040- 2007《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》中規定涂層≥ 85%的半球發射率。


3.2 反射、輻射、阻隔涂層疊加構成復合隔熱涂層

根據表1~ 3配方分別制備反射、輻射、阻隔涂層, 并將這3種涂層按2種方式疊加復合, 構成復合隔熱涂層。2種疊加方式分別為: 一是底涂阻隔層, 中涂輻射層, 表涂反射層; 二是底涂輻射層, 中涂阻隔層, 表涂反射層。圖5為2 種疊加方式的示意圖。

復合隔熱涂層疊加示意圖

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3. 2. 1 疊加復合隔熱涂層的絕對溫升比較

按上述復合方式制成2 種試樣, 采用圖1 熱箱測試裝置測定其絕對溫升, 試驗結果見圖6。

復合隔熱涂層的絕對溫升比較

從圖6可以看出, 按第1種方式復合, 將阻隔層置于最底層, 利用熱箱測試裝置測得其絕對溫升為28.3℃ , 與空白樣相比降低了6. 3 ℃ ; 按第2種方式復合, 將輻射層置于最底層, 測得其絕對溫升為29.5℃ , 與空白樣相比降低了5. 1℃ ,則2種復合涂層的絕對溫升相差1. 2 ℃ , 可見第1種復合方式優于第2種, 說明涂層對熱量的輻射主要發生在上表面。同時從圖6比較可知, 將各種功能填料復合配制而得的涂料, 其對太陽光的隔熱效果要優于涂層疊加這種復合方式。


3. 2. 2 疊加復合隔熱涂層的太陽反射比測定

基于圖6中復合涂層的絕對溫升比較結果, 選取按第一種方式疊加復合的涂層, 對其太陽反射比進行測定, 結果見圖7。

阻隔層+ 輻射層+ 反射層構成的復合涂層的反射光譜

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結合圖7的數據, 根據太陽反射率測定方法計算得到: 阻隔、輻射、反射涂層疊加構成的復合隔熱涂層, 在波長為250 ~2 500 nm范圍內的太陽反射比為84%。參照JC /T 1040-2007《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》中涂層太陽反射比≥83%的規定, 可知該復合涂層的太陽反射比符合標準要求。


3.3 太陽光照射下外墻隔熱涂料的隔熱效果比較

7個熱箱測試裝置在太陽光照射下, 箱內溫度的變化情況如圖8。

太陽光照射下各涂層熱箱內溫度

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從圖8可以看出, 各箱內溫度變化幅度由大到小依次是:空石棉板- 空白樣- 輻射層- 反射層- 阻隔層- 隔熱涂層疊加復合結構- 功能填料復合涂層。在1 天中的最熱時間段12: 00-16: 30, 各涂層箱內溫度與空石棉板比較, 空白樣最大溫差達到5. 9 ℃ , 輻射涂層達到7. 2 ℃ , 反射涂層達到9.0 ℃ ,阻隔涂層達到10. 0℃ , 疊加復合涂層達到10.2 ℃ , 功能填料復合涂層達到11.0℃ 。其中3種功能填料復合制備的涂層隔熱效果最佳。


4 結 語

( 1)實驗室試驗數據表明, 將3種功能填料以一定比例復合配制的涂層比3種隔熱機理涂層疊加而得復合涂層的隔熱效果好, 更比單一隔熱機理涂層的隔熱效果好。該功能填料復合涂層在紅外燈照射下的絕對溫升為27.4℃ , 在波長為250~ 2 500 nm范圍內的太陽反射比為87%, 半球發射率為89%。

( 2)通過對實際太陽光照射下外墻隔熱涂料的隔熱效果比較, 功能填料復合涂層的熱箱內最高溫度比未涂覆的空石棉板箱內溫度低11.0 ℃ , 比空白樣低5.5℃ , 比疊加復合涂層低0.9 ℃ , 比單涂反射涂層低2. 1 ℃ , 比單涂輻射涂層低3.8 ℃ , 比單涂阻隔涂層低1.2 ℃ , 這也表明功能填料復合涂層的隔熱效果較好。


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