蔡繼權(quán)，胡娟，石軍

（傳化研究院，杭州 311215）

外墻超薄節(jié)能涂料

蔡繼權(quán)，胡娟，石軍

（傳化研究院，杭州 311215）

在當(dāng)今世界倡導(dǎo)節(jié)能減排和生態(tài)綠色的潮流中，隔熱材料正由工業(yè)隔熱保溫為主向建筑隔熱保溫為主轉(zhuǎn)變。上海世博會已經(jīng)展示出建筑隔熱保溫在提高建筑物居住和使用功能、節(jié)約能源方面的成就，我們應(yīng)該更加重視研發(fā)與推廣應(yīng)用建筑隔熱保溫涂料。本文介紹了超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料的制造，討論了材料的選擇與優(yōu)化，以及產(chǎn)品的應(yīng)用試驗。

隔熱保溫；節(jié)能減排；涂料；建筑；空心陶瓷微珠

能源、材料與環(huán)境已經(jīng)成為時代的三大議題［1，2］。涂料這類精細(xì)化學(xué)品是對其它材料進(jìn)行改性賦予新性能的重要化學(xué)品。節(jié)能減排是我國21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的一項長期戰(zhàn)略決策。以供暖和空調(diào)為主的建筑能耗占人類整個能源消耗的30%～40%。墻體保溫是建筑節(jié)能的重要一環(huán)。國外建筑節(jié)能用絕熱材料占絕熱材料總量的比重很大，如美國1997年以來建筑用絕熱材料占所有絕熱材料的81%左右，瑞典、芬蘭等歐洲國家80%以上的巖礦棉制品用于建筑節(jié)能。而在我國能源消耗中，建筑能耗占全國能源消耗總量的1／3，而建筑用絕熱材料僅占總量的10%左右 （且多為不耐高溫的有機(jī)保溫材料），可見新型建筑隔熱保溫涂料市場潛力巨大［3］。當(dāng)前，我國隔熱材料正由工業(yè)隔熱保溫為主向建筑隔熱保溫為主轉(zhuǎn)變，隔熱保溫材料是今后主要發(fā)展方向之一。新型建筑隔熱涂料因經(jīng)濟(jì)、使用方便和隔熱效果好等優(yōu)點而越來越受到人們的青睞。國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局1998年5月發(fā)布了硅酸鹽復(fù)合隔熱涂料國家標(biāo)準(zhǔn)（GB／T17371－1998），為生產(chǎn)和應(yīng)用者提供了硅酸鹽隔熱涂料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。住建部2006年發(fā)布的《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定新建建筑應(yīng)該采用隔熱保溫措施節(jié)能60%以上［3］。因此，未來建筑使用隔熱保溫涂料是發(fā)展趨勢［4］。

涂料的耐熱性與有機(jī)高聚物基料有關(guān)，還與組成涂料的顏填料有關(guān)［5，6］。隔熱涂料的基料樹脂組分應(yīng)具有吸熱、散熱和隔熱能力，同時加入空心玻璃粉等耐熱隔熱填料。涂料的保溫性要求涂料在一定溫度下具有蓄熱、貯能、隔熱等性能。以丙烯酸乳液為基料，空心玻珠為填料制得的涂料固化形成的涂膜既具有保溫材料的共性，又具有中空質(zhì)輕、節(jié)能減耗明顯的優(yōu)點［7－9］。 按照熱量傳遞的傳導(dǎo)、對流和輻射3種機(jī)理，隔熱保溫涂料相應(yīng)分為阻隔型隔熱保溫涂料、反射型隔熱保溫涂料和輻射型隔熱保溫涂料三類。一種隔熱效果良好的涂料常需要將2種或更多種隔熱機(jī)理設(shè)計于同一配方中。各種隔熱保溫涂料原料各有其特點，可進(jìn)行復(fù)配，優(yōu)勢互補(bǔ)，研制出性能優(yōu)良的復(fù)合型隔熱保溫涂料。不同的隔熱保溫涂料和保溫材料組合，可以制得既隔熱又保溫的外墻外保溫系統(tǒng)，也可制得以隔熱為主的外墻外保溫系統(tǒng)，這也是外墻外保溫涂料的發(fā)展趨勢［10］。

杭州傳化涂料有限公司2006年承擔(dān)國家星火計劃項目研制的 “超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料”，同時具備反射型隔熱涂料和輻射型隔熱涂料的特點。它經(jīng)國家化學(xué)建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，符合國標(biāo) GB／T9755－2001《合成樹脂乳液外墻涂料》優(yōu)等品指標(biāo)的要求；隔熱性能指標(biāo)按照軍標(biāo)GJB／T2502－1995《衛(wèi)星熱控涂層試驗方法》檢測，太陽熱吸收比為0.13（即涂層反射了87%的太陽熱輻射）。經(jīng)國家紅外及工業(yè)電熱產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)檢測，其法向熱發(fā)射率為0.796，隔熱效果已經(jīng)與一些進(jìn)口同類產(chǎn)品相同。

1 超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料的制造

1.1 主要原材料

采用自行合成的自交聯(lián)型丙烯酸共聚乳液與去離子水、清華大學(xué)納米抗老化劑、進(jìn)口金紅石型鈦白粉和紅外輻射顏料、用于美國宇航空間站的陶瓷空心微珠和進(jìn)口助劑 （日本產(chǎn)氨鹽分散劑和潤濕劑、英國產(chǎn)防腐防霉防藻劑、美國產(chǎn)增稠劑、美國伊士曼公司產(chǎn)成膜助劑、消泡劑），經(jīng)過配方優(yōu)化設(shè)計制造而成。

1.2 主要設(shè)備儀器

1.2.1 中試設(shè)備

33KW高速分散機(jī)二臺；2m3分散缸一只；2m3調(diào)漆缸一只；中轉(zhuǎn)拉缸一只。

1.2.2 其它生產(chǎn)設(shè)備

高速分散機(jī)、調(diào)漆缸、砂磨機(jī)、隔膜泵、精密捕集器、濃漿泵、膠體磨等。

1.2.3 主要儀器

配色儀、恒溫恒濕機(jī)、耐洗刷儀、耐沾污沖洗裝置、紫外光老化儀及附件、噴涂機(jī)、磨耗儀、耐鹽霧試驗箱、數(shù)顯壓力試驗機(jī)、飾面磚粘結(jié)強(qiáng)度檢測儀、電動抗折試驗機(jī)、動態(tài)抗開裂試驗儀、水分快速測定儀、氣相色譜儀等。

1.3 生產(chǎn)工藝

將一定量的去離子水加入分散缸中，加入分散劑、消泡劑中速攪拌均勻，邊攪拌邊加入鈦白粉和紅外輻射顏料高速分散到細(xì)度小于30 μm，轉(zhuǎn)入調(diào)漆缸，邊攪拌邊加入防腐防霉防藻劑、成膜助劑和抗凍劑，邊攪拌邊緩慢加入一定量的自交聯(lián)純丙烯酸乳液和消泡劑，控制攪拌速度，在攪拌下緩慢加入隔熱涂料功能空心添加劑，攪拌至均勻無顆粒，再用增稠劑調(diào)整到合適的粘度，調(diào)色后（或白色）過濾包裝，出廠檢測合格后入庫。

1.4 中控指標(biāo)

產(chǎn)品中控指標(biāo)見表1。

表1 產(chǎn)品中控指標(biāo)

1.5 應(yīng)用試驗性能技術(shù)指標(biāo)與實測結(jié)果

產(chǎn)品應(yīng)用試驗性能見表2。

表2 產(chǎn)品應(yīng)用試驗性能表

2 材料選擇與優(yōu)化

在本項目產(chǎn)品的研制中要解決兩個技術(shù)難題：一是涂料本身能夠盡可能多地反射太陽熱量，減少太陽熱量的吸收；二是將未被反射掉的太陽熱量盡可能多地輻射出去，達(dá)到隔熱的目的。本項目研制產(chǎn)品超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料同時具備反射型隔熱涂料和輻射型隔熱涂料的特點。為達(dá)到目標(biāo)，需要選擇合成適合的乳液 （基料），以確保涂料的耐久性和耐沾污性，因為沾污會直接影響涂層的反射效果，隨著耐沾污性下降，涂層的反射效果也隨著下降。另外，需要對顏填料進(jìn)行篩選，以最經(jīng)濟(jì)的方法獲得最佳的反射和輻射效果。

2.1 乳液的選擇

相同PVC（35%）條件下，通過選用不同的乳液進(jìn)行試驗，其結(jié)果如表3。

表3 選用不同的乳液試驗比較表

從表3可以看出，乳液3的UV老化變色和耐沾污性都是最好，初步選定用委托定制的自交聯(lián)乳液3作為我們的試驗乳液。

2.2 顏料的選擇

相同PVC（35%）條件下，通過選用不同的顏料進(jìn)行試驗，其結(jié)果如表4。

表4 選用不同的顏料試驗比較表

從表4可以看出，鈦白粉R－706的UV老化變色和耐沾污性都是最好，最終選擇R－706鈦白粉作為我們的白色顏料。

2.3 填料的選擇

在乳液和顏料確定后，填料的選擇對涂料隔熱效果的影響至關(guān)重要，通過選用不同的填料進(jìn)行試驗，其結(jié)果如表5。

表5 選用不同的填料試驗比較表

在地球上能接受到的太陽輻射中，紅外熱輻射和可見光約各占45%，而紅外熱輻射主要集中在0.76～20 μm波段范圍內(nèi)。入射在涂層上的太陽熱輻射被吸收、透射和反射，其吸收比α、透射比β和反射比τ之間的關(guān)系為：

由于隔熱涂料中存在顏填料，故隔熱涂料一般不透明，其透射比β近似為0。因此，只有提高涂層的反射比τ，才可以使涂層表面對太陽熱輻射的吸收減少，涂層溫度上升的幅度降低。從表5可以看出，隔熱涂料用陶瓷空心微珠，具有很好的反射功能，從而可大大減少涂層的吸收（太陽熱吸收比為0.13，即涂層反射了87%的太陽熱輻射）。

2.4 陶瓷空心微珠用量的選擇

陶瓷空心微珠的用量對涂層太陽熱吸收比的影響結(jié)果見表6。

表6 陶瓷空心微珠的不同用量試驗比較表

由表6可以看出，隨著涂料用陶瓷空心微珠用量的增加，太陽熱吸收比下降，但用量超過8%以后，變化較小。由于陶瓷空心微珠價格較高，為節(jié)約成本，我們選擇8%用量做試驗。

2.5 紅外輻射顏料用量的選擇

紅外輻射顏料用量對涂層發(fā)射率的影響結(jié)果見表7。

表7 紅外輻射顏料的不同用量試驗比較表

由表7可以看出，隨著紅外輻射顏料用量的增加，發(fā)射率上升，但用量超過4%以后，變化較小。由于紅外輻射顏料價格較高，為節(jié)約成本，我們選擇4%用量做試驗。

涂層通過減少太陽熱吸收和提高對已吸收部分熱量的發(fā)射，可達(dá)到隔熱的目的。

2.6 助劑的選擇

為使產(chǎn)品耐水性更好，選用日本氨鹽分散劑和潤濕劑，防腐防霉防藻劑選用英國產(chǎn)品，消泡劑選用消泡力強(qiáng)、對涂層表面影響小的進(jìn)口產(chǎn)品，增稠劑選用施工性和儲存穩(wěn)定性均較好的美國產(chǎn)品，成膜助劑選用美國伊士曼公司的產(chǎn)品。為提高產(chǎn)品的耐老化性，選擇了北京清華大學(xué)研制的納米抗老化劑，以延長涂層使用壽命。

3 應(yīng)用試驗結(jié)果

項目產(chǎn)品超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料在傳化集團(tuán)公寓8＃、9＃集體宿舍樓屋頂應(yīng)用 （屋頂防水層為黑色油毛氈，涂裝體系為：水性抗堿封閉底漆EC102一道，超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料TW868二道（白色），測試時間為下午1點，測試儀器為紅外測溫儀），取得了較好的隔熱效果，見表8。

表8 超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料屋頂實測效果表

由表8可以看出，在有陽光照射時，隔熱涂料可大大降低屋頂表面溫度，最大溫差為20.5℃。

實驗室隔熱對比試驗結(jié)果見表9（樣板基材為石棉水泥板，熱源為250 W紅外燈泡，燈泡到板面之間距離為10 cm，照射時間為30 min，測試儀器為紅外測溫儀）。

表9 超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料實驗室對比試驗效果表

由表9可以看出，涂抹和未涂抹隔熱涂料的石棉水泥板背面溫度相差40.6℃，隔熱效果十分明顯；涂抹外墻白色乳膠漆和涂抹隔熱涂料的石棉水泥板背面溫度相差13.8℃，隔熱效果也十分明顯。而且，這種溫差會隨熱源功率的提高而加大。

與國外同類產(chǎn)品對比試驗結(jié)果見表10（樣板基材為彩鋼板，熱源為250 W紅外燈泡，燈泡到板面之間距離為10 cm，照射時間為30 min，測試儀器為紅外測溫儀）。

表10 與國外同類產(chǎn)品對比試驗結(jié)果

由表10可以看出，在彩鋼板上涂裝隔熱涂料，項目產(chǎn)品的背面溫差高于進(jìn)口產(chǎn)品，表明項目產(chǎn)品的隔熱效果超過進(jìn)口同類產(chǎn)品。

4 結(jié)語

目前，隔熱材料正由工業(yè)隔熱保溫為主向建筑隔熱保溫為主轉(zhuǎn)變。建筑物涂刷隔熱保溫外墻涂料是目前建筑最有效的簡便節(jié)能方式之一。借上海世博會東風(fēng)，我們應(yīng)該更加重視研發(fā)與推廣應(yīng)用建筑隔熱保溫涂料。杭州傳化涂料有限公司研制的超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料產(chǎn)品具有以下特點：同時兼?zhèn)浞瓷湫秃洼椛湫蛢深惛魺嵬苛系奶攸c，反射和輻射性能優(yōu)異；抗紫外線性能強(qiáng)，耐候性好，保光保色；耐水透氣，防霉防藻，耐沾污性好，反射效果持久；隔熱效果能與進(jìn)口同類產(chǎn)品媲美。

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10.3969／j.issn.1007－2217.2011.01.001

2010－12－09