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李建濤，蔡會武，王瑾璐，江照洋，崔鳳敏
(西安科技大學化學與化工學院，西安710054)
摘要：通過物理共混工藝，利用環氧樹脂對純丙乳液進行改性。經單因素實驗，確定了環氧樹脂的最佳加入量，制得了水分散性乳液。以此改性乳液為基料，空心玻璃微珠為功能填料，輔以其他顏填料及助劑，制備了反射率達82%，導熱系數為0·06W/(m·K)的反射隔熱水性涂料，并對其基本性能進行了測試。
關鍵詞：環氧樹脂；共混改性；純丙乳液；空心玻璃微珠；反射隔熱涂料
中圖分類號：TQ630·7文獻標識碼：A文章編號：0253-4312(2009)10-0046-03
0引言
反射隔熱涂料是近年來開發的一種新型保溫材料，其導熱系數低、熱反射率高，能有效地降低輻射傳熱及熱傳導，起到隔熱保溫的作用。保溫涂料綜合了涂料及保溫材料的雙重特點，干燥后形成具有一定強度及彈性的保溫層，保溫效果顯著，且較一般保溫材料便宜[1]。
反射隔熱涂料由基料、顏填料及助劑組成。成膜后必須有極好的耐水性、抗滲性、耐候性、柔韌性及與基層好的粘接強度等[2-3]，這些主要取決于基料的性能。目前，純丙乳液因其穩定性高、光澤、流變性和耐候性好等優點，在涂料領域的應用比較廣泛，但涂膜干燥后耐水性欠佳、熱粘冷脆、抗回粘性差、耐熱性不佳等，使其應用受到一定的限制[4]。本文通過物理共混工藝，利用環氧樹脂優良的耐水性、耐腐蝕性和耐熱性的優點對純丙乳液進行改性，制得了具有二者共同優點的水分散性乳液。并以此乳液為基料，加入功能填料空心玻璃微珠，制得了一種性能優良的反射隔熱涂料。
1實驗部分
1·1實驗材料
純丙乳液：南通生達化工公司；環氧樹脂E-44：三雄化工廠；辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、十二烷基硫酸鈉(SDS)：天津福晨化學試劑廠；空心玻璃微珠(300目)：四川天行健微珠納米材料有限公司；滑石粉、輕質碳酸鈣：均為600目，滁州格銳礦業有限責任公司；成膜助劑(Texanol)OE300：美國伊士曼化學公司；分散劑5040、潤濕劑EC-4500、消泡劑XBE2000、增稠劑ASE-60：北京金源恒泰精細化工有限公司。
1·2儀器設備
精密增力電動攪拌器；電熱恒溫水浴鍋；電熱鼓風干燥箱；電子天平；反射率測試裝置(自制)；DRM-1型導熱系數測定儀；300目篩等。
1·3環氧共混改性純丙乳液的制備
1·3·1配方設計
表1為環氧改性純丙乳液配方。
環氧改性純丙乳液配方
按照表1所示的實驗配方，在燒杯中加入一定量的水、環氧樹脂E-44，適量m(OP-10)∶m(SDS)=1·35的復合乳化劑幫助分散，高速攪拌均勻，復合乳化劑的加入量在2%~3%；然后，加入純丙乳液，中速攪拌均勻；最后，調節pH8~9，即得改性水分散型乳液樣品。
1·3·2性能測試
本文以乳液固化膜的耐鹽水性和乳液的貯存穩定性為主要參考指標。測試方法：將涂膜樣板2/3浸入溫度為25℃的NaCl溶液中，以一定的時間間隔取出樣板，用自來水洗除鹽跡，并用濾紙吸干。觀察漆膜有無剝落、起皺、變色和失光等現象。為避免偶然因素，每個樣品涂3塊板檢測，以2塊樣板一致為準。氯化鈉水溶液實驗1次更換1次。對樣板邊緣約5mm的涂層區域，評定時不計。
1·4涂料的制備
按照表2所示的涂料配方，先將水、潤濕劑、分散劑、增稠劑、1/4量消泡劑混合，攪拌均勻。然后加入成膜助劑、滑石粉和輕質碳酸鈣，高速攪拌均勻。再將空心玻璃珠、乳液、剩余消泡劑加入混合料漿中，低速攪拌均勻后，用氨水調樣品至pH為8~9即可。
環氧改性純丙乳液反射隔熱涂料的研制
其中空心玻璃微珠的加入量通過單因素實驗來確定，涂料中空心玻璃微珠加入量設計見表3。由于涂料中的顏填料加入量不宜超過涂料總量的40%，其他填料的加入量和比例，參考空心玻璃微珠加入量及涂料的相關性能要求加以調節。
環氧改性純丙乳液反射隔熱涂料的研制
1.5涂料反射率的測定
用如圖1所示的裝置進行涂料反射率的測定[5]。
涂料反射率的測定
#p#分頁標題#e#將涂料涂在150mm×70mm×0·5mm的鋼板樣板上，置于烘箱中，于(105±5)℃恒溫下烘烤2~3h。調節室溫為28·8℃；將兩塊噴涂黑磁漆的樣板相距50mm平行放在聚苯乙烯泡沫上，涂漆的一面朝上，其中心放在燈泡下；調節燈泡和樣板之間的距離，使兩塊樣板在30min內達到平衡溫度87·8℃；然后立即撤走一塊黑樣板，換上一塊待測熱反射漆板；15min后，記錄平衡時反射漆樣板的溫度，然后按式(1)計算涂料的熱反射率：
ρ=(t黑板-t實測)/(t實測-t室溫)=(t黑板-tx)/(tx-t室溫)式(1)
式中：ρ為熱反射率；t室溫為當時室溫，一般固定為28·8℃；t黑板為標準黑板溫度，一般為87·8℃；tx為實測的試板的溫度。
2結果與討論
2·1E-44含量對貯存穩定性的影響
環氧改性純丙乳液固化膜耐鹽水和乳液貯存穩定性的實驗結果如表4所示。
由表4可以發現，隨著共混乳液中E-44含量的增加，乳液固化膜的耐鹽水性增強，但其乳液的貯存穩定性卻大大下降，說明兩種聚合物的相容性不是很好，雖然加入了復合型乳化劑增加其穩定性，但還是有所局限。所以選擇7號乳液改性配方，配制環氧共混改性純丙乳液，作為后續涂料制備的基料。
2·2空心玻璃微珠含量對熱反射率的影響
空心玻璃微珠含量對涂料熱反射率的影響如圖2所示。由圖2可見，隨著空心玻璃微珠含量的增加，涂料的反射率逐漸上升，在含量為25%左右時達到最大，此時反射率為82%。隨著空心玻珠含量的繼續增加，反射率不升反降。這是因為空心微珠導熱系數只有0·03~0·07W/(m·K)，是所有無機非金屬材料中最小的。另外其堆積密度小，約為100~200kg/m3，隨著空心微珠用量的增加，涂膜層密度減小，反射率粒子增多，隔熱性能相應提高，反射率增大。但是，如果用量過多時，由于空心玻璃珠和水的表面張力很大，不容易互相混合，空心玻璃珠易上浮在表面形成結膜，反而降低了反射率。因此，空心玻璃珠的含量以25%較為適宜。
環氧改性純丙乳液反射隔熱涂料的研制
環氧改性純丙乳液反射隔熱涂料的研制
2·3涂料的基本性能。
涂料及涂膜的基本性能見表5。
涂料及涂膜的基本性能
2·4環氧樹脂的改性作用
兩種聚合物進行共混，在共混聚合物中不同的組分之間借各種分子間作用力，包括范德華力、偶極力或氫鍵，或由于主鏈相互纏繞而達到相互分散，交融一體。本文就是以此為依據，丙烯酸酯類乳液涂料具有良好的裝飾性，漆膜光亮豐滿，保光保色性、耐候性優良，但其耐水性欠缺、熱粘冷脆、抗回粘性差、耐熱性不佳，環氧樹脂結構中的醚鍵具有優良的耐水性，羥基發揮強的粘結作用，而苯環具有耐腐蝕性與耐熱性好的作用的同時還有高的硬度。所以二者具有很好的相互補充性。經共混可達到改性的目的。
2·5空心玻璃微珠的反射隔熱作用
熱量傳遞的方式分為熱傳導、熱對流、熱輻射三類，因而保溫隔熱涂料的研發主要以減少這三類傳熱為核心?？招牟Ａ⒅榫哂匈|輕、絕熱、隔音、熱穩定性好、耐腐蝕、特殊的光學性能等優點，且其為球形，當光進入涂層后，將被微珠散射，這種散射是全方位的，光線在涂層中彎曲程度變大，所以入射進涂層的光線經過的路徑長度變長，而且不能深入。因此，由它制成的涂料，當受到太陽光輻照時，將首先反射太陽熱，同時由于空心微珠為密閉球體，導熱系數較低，減少熱傳導；在涂層中會形成很多微觀的獨立絕熱腔體，當熱流遇到空心微珠時將出現分流，熱流在涂層中傳遞路徑變得復雜化，導致涂層的傳熱性能下降，有效降低輻射傳熱和對流傳熱，從而阻隔熱量傳遞，大大提高涂膜對熱的絕緣性[6]?？傊?，涂料中加入這種功能填料，可以有效降低導熱系數，增強反射率，提高涂料多方面的性能。
3結語
(1)通過共混的簡單工藝，用環氧樹脂對純丙乳液進行改性，可以制得性能較好的水分散性乳液，且環氧樹脂的加入量在15%，較為適宜。
#p#分頁標題#e#(2)以共混的環氧改性純丙乳液為基料，空心玻璃微珠為功能填料可以制得性能較好的熱反射隔熱涂料，且空心玻璃微珠的含量在25%左右時，反射率最大達82%，此時導熱系數為0·06W/(m·K)。該涂料的性能檢測顯示，可以用于建筑外墻節能涂料。
