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摘 要：通過正交試驗設計和自制隔熱檢測裝置確定了最佳實驗方案，自制水性薄型熱反射隔熱保溫涂料的性能達到了建筑外表面用熱反射隔熱涂料標準（JC/T 1040-2007）的要求，其中兩項關鍵性能指標太陽反射比（白色）和半球發(fā)射率均高于標準要求。
關鍵詞：水性涂料；隔熱保溫涂料；太陽反射比；半球發(fā)射率
0 前言
節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟效益是科學研究和技術開發(fā)的基本目標之一，涂料技術也不例外。20世紀70年代后，世界氣候變暖，地球資源日趨枯竭。
保溫技術向高效、薄層、隔熱防水戶外一體化方向發(fā)展，如何充分利用傳熱機理研制新型節(jié)能材料是重要發(fā)展方向。薄層隔熱保溫涂料不僅自身熱阻大、導熱系數(shù)低，而且熱反射率很高，能有效地降低輻射傳熱及對流，并可與傳熱多孔保溫材料復合使用，提高保溫效率。因此，開發(fā)水性薄型熱反射隔熱保溫涂料具有較大的現(xiàn)實意義。
1 實驗部分
1.1 原材料
pH調(diào)節(jié)劑，進口；分散劑，進口；消泡劑，進口；成膜助劑，國產(chǎn)；金紅石型鈦白粉，進口；空心玻璃微珠，進口；空心陶瓷微珠，進口；隔熱粉，京紅化工；純丙乳液，國產(chǎn)；硅丙乳液，國產(chǎn)；增稠劑，進口；殺菌劑，進口；防霉劑，進口。
1.2 儀器和設備
高速分散機；斯托默粘度計；電子天平；烘箱；數(shù)顯溫度計；自制隔熱檢測裝置等。
1.3 實驗設計
1.3.1 乳液和鈦白粉加量的確定
利用正交設計法，制定一個3因素2位級的L4（23）正交表（表1），確定乳液和鈦白粉的加量。
表1 L4（23）正交實驗表
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|
硅丙乳液
|
純丙乳液
|
鈦白粉
|
隔熱效果檢測（詳見1.4）
|
|
正-反（溫差）/℃
|
||||
|
1
|
1（20）
|
1（20）
|
1（20）
|
67-54（13）
|
|
2
|
2（15）
|
1（20）
|
2（15）
|
69-59（10）
|
|
3
|
1（20）
|
2（15）
|
2（15）
|
69-58（11）
|
|
4
|
2（15）
|
2（15）
|
1（20）
|
69-57（12）
|
結論：1號實驗隔熱效果較好，且涂膜外觀也最好，所以選擇1號實驗乳液和鈦白粉的加量。
1.3.2 功能性填料加量的確定
通過以上實驗確定了乳液和鈦白粉的加量后，利用正交設計法，制定一個4因素3位級的L9（34）正交實驗表（表2），確定功能性填料的加量，并確定最終配方。
表2 L9（34）正交實驗表
|
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玻璃微珠
|
陶瓷微珠
|
超細重鈣
|
隔熱粉
|
隔熱效果檢測（詳見1.4）
|
|
正-反（溫差）/℃
|
|||||
|
1
|
1（2）
|
1（2）
|
3（9）
|
2（4）
|
62-52（10）
|
|
2
|
2（5）
|
1（2）
|
1（3）
|
1（2）
|
61-50（11）
|
|
3
|
3（8）
|
1（2）
|
2（6）
|
3（8）
|
58-47（11）
|
|
4
|
1（2）
|
2（5）
|
2（6）
|
1（2）
|
59-48（11）
|
|
5
|
2（5）
|
2（5）
|
3（9）
|
3（8）
|
58-45（13）
|
|
6
|
3（8）
|
2（5）
|
1（3）
|
2（4）
|
56-36（20）
|
|
7
|
1（2）
|
3（8）
|
1（3）
|
3（8）
|
50-45（14）
|
|
8
|
2（5）
|
3（8）
|
2（6）
|
2（4）
|
58-42（16）
|
|
9
|
3（8）
|
3（8）
|
3（9）
|
1（2）
|
60-43（17）
|
結論：在達到標準中性能指標的前提下，6號實驗配方隔熱效果最好，所以選擇6號實驗配方為功能性填料的最佳加量。
1.4 隔熱效果檢測
制板涂膜干膜厚度均為300 μm，分別放入自制的檢測裝置內(nèi)（圖1），在同一功率的光源下，光照相同的時間后，用靈敏度為0.1 ℃的數(shù)顯溫度計分別測量樣板的正面溫度和反面溫度，通過正反面的溫度差，考察隔熱效果（見表2），6號實驗樣板隔熱效果最好，確定6號實驗設計為最佳實驗方案。
圖1 隔熱檢測裝置（自制）
1.5 配方
6號實驗配方見表3。
表3 6號實驗配方
|
原 料
|
規(guī) 格
|
用量/%
|
|
去離子水
|
自制
|
15
|
|
pH調(diào)節(jié)劑
|
進口
|
0.1
|
|
分散劑
|
進口
|
1
|
|
消泡劑
|
進口
|
0.1
|
|
成膜助劑
|
國產(chǎn)
|
1.2
|
|
金紅石型鈦白粉
|
進口
|
20
|
|
空心玻璃微珠
|
進口
|
8
|
|
空心陶瓷微珠
|
進口
|
5
|
|
隔熱粉
|
京紅化工
|
4
|
|
超細重鈣
|
國產(chǎn)
|
3
|
|
硅丙乳液
|
進口
|
20
|
|
純丙乳液
|
國產(chǎn)
|
20
|
|
增稠劑
|
進口
|
0.45
|
|
防凍劑
|
國產(chǎn)
|
2
|
|
殺菌劑
|
進口
|
0.1
|
|
防霉劑
|
進口
|
0.05
|
|
合計
|
--
|
100.00
|
1.6 樣板制備及性能檢測
1.6.1 樣板的制備
配料 → 充分分散 → 制漿 → 制漆 → 制樣板 → 檢測性能。
1.6.2 性能檢測
涂料的技術指標見表4。
表4 涂料的技術指標
|
檢測項目
|
技術指標
|
檢測結果
|
|
細度/μm
|
≤ 50
|
50
|
|
pH值
|
8~9
|
9
|
|
固體含量/%
|
60±2
|
61.5
|
|
黏度/KU
|
90±2
|
89
|
按建筑外表面用熱反射隔熱涂料標準（JC/T 1040-2007）進行隔熱性能檢測，結果見表5。
表5 涂膜性能檢測結果
|
檢測項目
|
技術指標
|
檢測結果
|
執(zhí)行標準
|
|
涂膜外觀
|
無針孔、流掛，涂抹均勻
|
通過
|
--
|
|
低溫穩(wěn)定性
|
無硬塊、凝聚及分離
|
通過
|
--
|
|
表干時間/h
|
≤ 2
|
通過
|
GB/T 1728-1979 |
|
耐堿性
|
48 h無異常 |
通過
|
GB/T 9265 |
|
耐水性
|
96 h無異常 |
通過
|
GB/T 1733-1993 |
|
耐洗刷性/次
|
2000
|
8000
|
GB/T 9266 |
|
涂層耐溫變性
|
5次循環(huán)無異常
|
通過
|
JQ/T 25-1999 |
|
耐人工老化性（400 h）
|
不起泡、不剝落、無裂紋，粉化≤ 1級，變色≤ 2級
|
1000 h，粉化≤1級，變色≤1級 |
GB/T 1865-1997 |
|
太陽反射比（白色）
|
≥ 0.83
|
JC/T 1040-2007 |
|
|
半球反射率
|
≥ 0.85
|
JC/T 1040-2007 |
2 結果與討論
2.1 乳液的選擇
本實驗選取了對可見光和近紅外光吸收率低及耐候性、耐水性好，表面張力相對較低，附著力優(yōu)異，安全環(huán)保的硅丙乳液和純丙乳液相配合使用，獲得了較好的涂膜外觀和優(yōu)異的理化性能。
2.2 功能性填料的選取
研制薄型熱反射隔熱保溫涂料的關鍵是選取性能優(yōu)良及粒徑合適的功能性填料，空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠對近紅外光的反射比＞ 90 %，遠遠高于其他普通涂料，兩種原因因其空心結構，具有導熱系數(shù)小、折光指數(shù)高、隔熱性能好、環(huán)保無毒、耐高溫、耐腐蝕等特性，其隔熱保溫效果也遠遠高于其他普通填料，通過正交設計確定了兩種原料的最佳加量比例。
2.3 顏填料的選取
本實驗對填料有特殊的光學性能要求，必須以增強涂膜的光反射隔熱性能要求，必須以增強涂膜的光反射隔熱性能為前提，以提高涂膜的反射率和發(fā)射率為目標。實驗中選取了折光率高和吸收率小的金紅石型鈦白、重鈣和隔熱粉3種顏填料相結合使用，與空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠搭配使用，使涂膜具有較高的太陽反射比（白色）和半球發(fā)射率。
2.4 助劑的選擇
本實驗選取了無毒、無味、環(huán)保型的pH調(diào)節(jié)劑，得到相對穩(wěn)定的涂料體系；其他助劑的加入，也增強了涂料的貯存穩(wěn)定性，得到較好的涂膜外觀和優(yōu)異的性能。
3 結語
本課題研制的水性薄層熱反射隔熱涂料具有較高的的太陽光反射比（白色）和半球發(fā)射率，隔熱保溫效果好，屬于環(huán)保節(jié)能涂料，材料來源廣泛，施工工藝簡單，具有良好的防水性和防腐性，可用于石油化工行業(yè)儲罐、成品油罐及外墻的隔熱保溫，綜合經(jīng)濟效益高。
