【地坪網(wǎng)資訊】

蔡會(huì)武，王瑾璐，江照洋，陳創(chuàng)前，徐莉，張少云

(西安科技大學(xué)化工系，西安710054)

摘要：用空心玻璃珠和二氧化鈦等顏填料改性硅酸鋁隔熱涂料，討論了顏填料的用量、顏填料的性能如遮蓋力、顏色、晶型對(duì)隔熱涂料反射率的影響，確定了最佳顏填料配比，分析了影響隔熱涂料熱反射率的因素。

關(guān)鍵詞：隔熱涂料；顏填料；反射率

0.引言

反射隔熱涂料具有隔熱效果好、涂層質(zhì)量輕、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)[1-3]。顏填料占涂料總成分的20%～50%，是涂料的重要成分，對(duì)涂料的反射性能起著決定性作用。顏填料可以充填隔熱骨料之間的孔隙，使涂膜致密，提高附著力，還可起骨架、增稠、減少收縮、改善施工性及表面狀態(tài)等作用。本實(shí)驗(yàn)為了提高涂料的隔熱效果，用高反射率空心玻璃珠和二氧化鈦等對(duì)硅酸鋁隔熱涂料進(jìn)行改性，并研究了多種顏填料的性能對(duì)隔熱涂料反射率的關(guān)系[4]。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料

丙烯酸乳液：自制；苯丙乳液、SD-900改性純丙乳液：南通生達(dá)化工公司；空心玻璃珠(5000目活化)：四川天行健微珠納米材料有限公司；二氧化鈦：天津市河北區(qū)海晶精細(xì)化工廠；海泡石：西安興隆石棉制品廠；硅酸鋁纖維：西安振華隔熱材料廠；膨潤(rùn)土：北京金源恒泰精細(xì)化工有限公司；成膜助劑；分散劑(5040)；潤(rùn)濕劑(EC-4500)；消泡劑(KX2000)；增稠劑(ASE-60)等。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

先將膨潤(rùn)土加水?dāng)嚢璩蓾{，然后加入純堿液進(jìn)行鈉化處理，制成鈉化膨潤(rùn)土漿。再將水、潤(rùn)濕劑、分散劑、增稠劑、消泡劑混合，攪拌使之均勻。然后加入成膜助劑、空心玻璃珠、二氧化鈦、海泡石粉、硅酸鋁纖維[5]、鈉化膨潤(rùn)土漿，高速攪拌，得到均勻料漿。再將乳液、剩余消泡劑加入混合料漿中，低速攪拌均勻后，即得產(chǎn)品，氨水調(diào)pH值至8～9。

1.3熱反射率的測(cè)定

熱反射率的測(cè)定：裝置如圖1。

調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)燈泡和樣板之間的距離，使兩塊樣板在30min內(nèi)達(dá)到平衡溫度87.8℃；然后立即撤走一塊黑樣板，換上一塊待測(cè)熱反射漆板；經(jīng)15min后，記錄平衡時(shí)反射漆樣板的溫度；然后推算出熱反射率。

顏填料對(duì)隔熱涂料反射性能的影響研究

式中：X為熱反射率；t室為當(dāng)時(shí)室溫，一般固定為28.8℃；t黑為標(biāo)準(zhǔn)黑板溫度，一般為87.8℃；tx為實(shí)測(cè)的試板的溫度。

圖1熱反射率測(cè)定裝置圖

1—涂料試板；2—PS泡沫板；3—500W碘鎢燈；4—溫度計(jì)(大部分試驗(yàn)采用貼片式熱電偶)

圖1熱反射率測(cè)定裝置圖

2.結(jié)果與討論

2.1顏填料用量與涂料反射率的關(guān)系

2.1.1空心玻璃珠用量對(duì)涂料反射率的影響

在二氧化鈦、海泡石、硅酸鋁百分含量分別為7.5%、8%、5%，丙烯酸乳液為22.5%的條件下，僅改變空心玻璃珠的用量，考察空心玻璃珠的用量變化對(duì)涂料反射率的影響，膜厚為100μm，結(jié)果如圖2所示。

圖2空心玻璃珠用量對(duì)反射率的關(guān)系

由圖2可以看出，空心玻璃珠的用量增加時(shí)，反射率增大，當(dāng)用量為25%時(shí)，達(dá)到最大值；隨著空心玻璃珠用量繼續(xù)增加，反射率不升反降。這是因?yàn)榭招奈⒅閷?dǎo)熱系數(shù)只有0.03～0.10W/(m·K)，是無(wú)機(jī)非金屬材料中最小的。另外其堆積密度小，約為100～200kg/m3，隨著空心微珠用量增加，涂膜層密度減小，反射率粒子增多，隔熱性能相應(yīng)提高，反射率增大。但是，如果用量過(guò)大時(shí)，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(jié)膜，反而降低了反射率。因此，空心玻璃珠的用量以25%較為適宜。

2.1.2二氧化鈦用量對(duì)涂料反射率的影響

在空心玻璃珠、海泡石、硅酸鋁百分含量分別為25%、8%、5%，丙烯酸乳液為22.5%的條件下，僅改變二氧化鈦的用量，考察二氧化鈦用量變化對(duì)涂料反射率的影響，膜厚為100μm，結(jié)果如圖3所示。

圖3二氧化鈦用量對(duì)反射率的影響

#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

由圖3可以看出，隨著二氧化鈦用量的增加，白色涂層的反射率上升，到用量為15%時(shí)達(dá)到最高值，之后隨著用量的增加反射率反而下降。其原因如下：當(dāng)用量<15%時(shí)，隨著用量的增加，漆膜內(nèi)顏料的相對(duì)密度增大，起反射作用的顏料粒子數(shù)增多，故反射率呈上升趨勢(shì)。當(dāng)用量達(dá)到15%以后，隨著用量的增加，由于粒子的聚集，使散射的比表面積減少，散射效率降低，故反射率下降。因此，對(duì)于二氧化鈦含量，從實(shí)驗(yàn)結(jié)論和經(jīng)濟(jì)成本來(lái)講，并不是越高越好，而是有一個(gè)限度范圍，從本實(shí)驗(yàn)考察，以15%為佳。

2.2顏填料的性狀與涂料反射率的關(guān)系

2.2.1顏填料遮蓋力與涂料反射率的關(guān)系

顏料的遮蓋力是顏料粒子反射光的能力。對(duì)于白色顏料，光線可以完全進(jìn)入顏料粒子中；對(duì)于有色顏料來(lái)講，顏料的遮蓋力是顏料粒子吸收某些光線并反射其他光線的能力[6]。在空心玻璃珠、硅酸鋁、海泡石百分含量分別為25%、5%、6%，丙烯酸乳液一定的條件下，添加同一質(zhì)量的不同遮蓋力的顏填料，考察添加遮蓋力強(qiáng)弱不同的顏填料制成的涂料反射率的變化情況，結(jié)果如表1所示。

表1遮蓋力與涂料反射率的關(guān)系

從表1可知：在含量固定的情況下，遮蓋力弱的白色顏填料制成的涂料反射率普遍低于遮蓋力強(qiáng)的白色顏填料制成的涂料反射率。這是因?yàn)榈装鍨殍F板，遮蓋力不強(qiáng)，底色會(huì)顯露出來(lái)，影響反射率。另外，涂料遮蓋力的強(qiáng)弱受顏填料和樹(shù)脂兩者折光率之差的影響。要達(dá)到高反射率，必須采用折光指數(shù)高的顏填料和折光指數(shù)低的樹(shù)脂。本實(shí)驗(yàn)中二氧化鈦的遮蓋力最大，其所形成的涂料的反射率明顯高于其他3種。

2.2.2顏填料顏色與涂料反射率的關(guān)系

在丙烯酸乳液和涂層厚度固定不變的情況下，用其他顏色顏填料與白色顏填料制成涂層進(jìn)行反射率對(duì)比，以考察顏色[7]對(duì)反射率的影響。由文獻(xiàn)中可以得到，二氧化鈦有很好的遮蓋力和熱反射性能，為了減少遮蓋力對(duì)反射率的影響因素，突出顏色對(duì)反射率的影響，所以，在配方中皆用到一定量的二氧化鈦，以增加其遮蓋力，所配制的涂料配方及反射率見(jiàn)表2。

表2涂料配方與反射率

注：其他顏填料用量均為10%。

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以明顯看出，白色顏填料反射率高于彩色顏填料反射率，黑色樣板反射率最低。當(dāng)由不同顏填料制成的兩種涂層都呈白色不透明狀時(shí)，如果都不存在吸收光線的粒子，那么全部入射的光線都會(huì)返回表面。但是如果涂層厚度不同，并且放在黑色基材上，那么含有低折射率反射材料的涂層能使部分光線進(jìn)入黑色背景而被吸收，則涂層就不會(huì)完全不透明，與白色的涂層相比較，則呈現(xiàn)灰色。從而涂層對(duì)光的反射效果減弱，涂層表面溫度升高。

2.2.3二氧化鈦晶型與反射率的關(guān)系

在空心玻璃珠、二氧化鈦、海泡石百分含量分別為25%、15%、5%，丙烯酸乳液為45%的條件下，用不同晶型的二氧化鈦，在含量相同、膜厚一定的情況下，考察晶型[8]的變化對(duì)涂料反射率的影響，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以發(fā)現(xiàn)，在同等條件下，銳鈦型的反射率普遍低于金紅石型的涂層；另外，通過(guò)肉眼觀察所制的涂料可以發(fā)現(xiàn)，銳鈦型的二氧化鈦遮蓋力沒(méi)有金紅石型的二氧化鈦遮蓋力好。

3.結(jié)語(yǔ)

(1)用空心微珠和反射率高的白色顏填料可有效提高涂料的熱反射性能，改善涂料的隔熱效果。

圖4銳鈦型(A)和金紅石型(R)二氧化鈦的含量對(duì)反射率的影響

(2)在二氧化鈦、海泡石、硅酸鋁百分含量分別為7.5%、8%、5%，丙烯酸乳液為22.5%的條件下，空心玻璃珠含量為25%時(shí)涂料的反射率最高。

(3)在空心玻璃珠、海泡石、硅酸鋁百分含量分別為25%、8%、5%，丙烯酸乳液為22.5%的條件下，二氧化鈦的含量達(dá)15%時(shí)所得的涂料反射率最高。

(4)采用金紅石型二氧化鈦比銳鈦型二氧化鈦遮蓋力強(qiáng)，隔熱效果好。