摘要：從涂料的環(huán)保節(jié)能角度出發(fā)，介紹了水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料的應(yīng)用、配方工藝、原料的選擇、性能指標、使用方法等，著重討論了各組分配比的確定及其影響，從而選出最優(yōu)的配比。關(guān)鍵詞：保溫隔熱涂料；水性；彈性；節(jié)能環(huán)保
0·引言
夏天酷熱的天氣會使墻面積聚大量的熱量，新加坡國立大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)材料的選擇對建筑的導(dǎo)熱性能非常重要，對于建筑物，墻面是否隔熱起關(guān)鍵作用，屋瓦對頂層的室溫也起到重要作用。此外，日益增長的空調(diào)能源消耗也是不容忽視的問題，據(jù)分析顯示，1%的人口增長將提高2.2%的能源消耗，空調(diào)溫度每提高0.6℃，耗電將提高1.5%～2.0%。
熱反射隔熱節(jié)能材料是當(dāng)今最具有競爭力的節(jié)能方式之一。采取必要的建筑節(jié)能措施，可大大降低建筑材料和空調(diào)能耗，使現(xiàn)代人在比較經(jīng)濟且能耗較低的前提下，獲得舒適的生活環(huán)境，也使更多不可再生資源得以留給子孫后代，因此具有深遠的意義。外墻外保溫系統(tǒng)已被普遍認為是最有效的建筑節(jié)能措施之一，同時也是改善天氣環(huán)境，發(fā)揮投資效益的強有力手段。外墻外保溫由于是用保溫材料將建筑物整體包了起來，切斷了冷橋，減少了空氣及濕氣的侵入，具有保溫與隔熱雙重功效，同時對建筑結(jié)構(gòu)也起到一定的保護作用。但傳統(tǒng)的外保溫體系聚苯顆粒砂漿、EPS板和XPS板體系施工繁瑣，造價高、易開裂，保溫效果也存在一定問題。為此研發(fā)了新型高效保溫隔熱涂料——水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料，其施工方便，耐候、耐污染，裝飾性好，且節(jié)能環(huán)保，具有廣闊的應(yīng)用前景。
1·水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料的研制
1.1 試驗部分
1.1.1 試驗原料
水性乳液：AC-261C、AC-261p，純丙烯酸硬性乳液，2468彈性純丙乳液，陶氏；AP-5085彈性乳液：上海昭和化工公司；RS-7320彈性乳液，RS-9689彈性乳液，RS-706純丙乳液，上海巴德富公司；反射隔熱顏料粉：803-HT，上海羽唐公司，Y106，上海維來新材料科技公司；空心微珠：美國3M公司，上海外電公司；鈦白粉：R706，杜邦公司，R828，群升國貿(mào)公司；云母粉：國產(chǎn)；潤濕分散劑、消泡劑、增稠劑：上海海川公司；成膜助劑：群升國貿(mào)公司。
1.1.2 水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料基本配方
水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料基本配方見表1。
表1 水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料基本配方
1.2 涂料制備
分散罐中依次加入85%配方量的去離子水、分散潤濕劑、消泡劑、pH調(diào)節(jié)劑、成膜助劑，以1000～1200r/min高速分散5～10min；加入鈦白粉、云母粉，以1000～1200r/min，高速分散20～30min；上砂磨機高轉(zhuǎn)速研磨至細度≤30μm，然后在低速(500～600r/min)分散條件下加入反射隔熱顏料粉及空心微珠粉，攪拌分散5～10min；加入乳液，以500～600r/min攪拌分散5～10min；加入增稠劑和剩余15%去離子水，以500～600r/min調(diào)漆5～10min，即得到產(chǎn)品。
1.3 性能檢測
按照GB/T9755—2001合成樹脂乳液外墻涂料及JG/T210—2005彈性外墻涂料的標準檢測基本性能。
熱性能采用紅外燈照射，以紅外熱象儀法測隔熱溫差。檢測設(shè)備：(1)TI32紅外熱象儀：美國FlUKE公司；(2)紅外燈；(3)旋轉(zhuǎn)托盤(3r/min)。檢測方法：(1)加熱：2只紅外燈在不同角度以0.5m距離加熱，測試樣板放置在轉(zhuǎn)盤上緩慢旋轉(zhuǎn)，使樣板整個面都平均受光。(2)取像：在不同時間點，用紅外成象儀在樣板正面和反面同時拍攝紅外圖(見圖1)。(3)取數(shù)據(jù)：根據(jù)所取紅外圖，用該設(shè)備專業(yè)軟件計算所拍攝樣板的面平均溫度數(shù)據(jù)。
圖1 樣板正反面紅外圖
溫差測試數(shù)據(jù)見表2。
通過多次的試驗、測試，最終確認原料和配方，產(chǎn)品按照GB/T25261—2009標準檢測，其結(jié)果如下：
(1)固體含量>58%；
(2)黏度>110KU；
(3)涂布量：2～3m2/L(涂膜厚度：150～200μm)；
(4)延伸率：>150%；
(5)耐水(120h)：漆膜不損壞；
(6)耐堿(120h)：漆膜不損壞；
(7)耐人工老化：500h；
(8)太陽光反射指數(shù)：0.89；
(9)導(dǎo)熱系數(shù)：<0.16w/m·k；
(10)半球發(fā)射率：0.9；
(11)隔熱性，溫差：17～18℃。
2·結(jié)果與討論
2.1 成膜物質(zhì)乳液的選擇
按照GB/T25261—2009標準的要求，乳液不僅要具有很好的附著力和包覆性，還應(yīng)具有很好的耐候性，標準規(guī)定產(chǎn)品的耐人工老化性能和耐沾污性能應(yīng)滿足國家或行業(yè)標準的最高等級要求，即彈性體外墻涂料的耐人工老化性能要達到400h以上，耐沾污性>30；非彈性體外墻涂料耐人工老化性能要達到600h以上，耐沾污性>15。按照上述基本配方乳液(28%～32%)+鈦白粉(25%)+空心微珠(10%)進行簡單的涂料配制測試涂膜耐人工老化性，以確認乳液的耐候性。結(jié)果顯示，上述所選的乳液均能達到標準要求，但還要注意：
(1)考慮到實際應(yīng)用中，基層表面都有一層厚厚的保溫膩子層，無法保證其不會開裂，從而影響保溫效果和裝飾效果，所以優(yōu)先選用彈性乳液。
(2)乳液干膜應(yīng)具有非常好的透明性，這樣有利于反射太陽光。
(3)乳液干膜應(yīng)具有非常好的耐沾污性，否則在一段時間后，其表面會粘附一定量的灰塵，對反射太陽光產(chǎn)生影響。
綜上所述，本產(chǎn)品選用新型自交聯(lián)彈性乳液，固化反應(yīng)后形成核殼效應(yīng)，內(nèi)軟具有彈性，外硬具有很好的耐沾污性，克服了傳統(tǒng)彈性涂料容易污染和低壽命的缺點，涂膜長久清新，表面不會粘附灰塵，因此具有很好的反射太陽熱能的作用，有效提高了保溫隔熱作用。涂膜具有伸展性、防開裂性及防水性，同時又具有一般涂料的防霉、防藻、附著力強等優(yōu)異特性。
2.2 對空心微珠的選擇
空心微珠品種較多，主要有空心玻璃微珠、陶瓷微珠和合成樹脂微珠，其粒徑大小和比重也有不同。粒徑越大，比重越小，空腔的體積就越大，但孔壁也就越薄，越易破碎。選擇粒徑大的微珠，能顯著降低導(dǎo)熱系數(shù)，保溫隔熱效果好，但其在涂料中很易上浮，后增稠嚴重，且涂膜易開裂，因此不能加入太多。如選擇粒徑小的，則比重大，易下沉，而且由于空腔體積小，使保溫隔熱性能差。因此要選擇在配方中適合的空心微珠，獲得最大限度的加入量，而且配方要穩(wěn)定，保證最好的保溫隔熱效果，達到各方面的平衡，微珠還要有一定的壁厚，以達到施工中不破壁，不影響保溫性能。
還要注意的是微珠的球體，質(zhì)量好的廠家生產(chǎn)的微珠應(yīng)該都是均勻的正球體，不應(yīng)出現(xiàn)扁形或者橢球形的，均勻的正球體對于從各個方面入射度的太陽光都有較好的反射比，在涂料中能形成很多微觀的獨立絕熱腔體，具有反射、散射太陽光的作用。該微珠粉熔點在700℃以上，大大提高了涂層的耐溫性，能起到很好的防火作用，而且由于其化學(xué)惰性，表面具有抗化學(xué)腐蝕功能，顆粒在涂料中緊密排列，又起到很好的防腐作用。
2.3 對反射隔熱顏料的選擇
反射隔熱顏料具有將吸收太陽能反射出去的功能，能夠起到屏蔽紅外線熱輻射的作用，其種類也很多，如金屬氧化物類；超細納米二氧化鈦改性類；表面包覆金屬氧化物類等，原則上選具有很好反射太陽光功能的產(chǎn)品，另外還要具有匹配的耐候性。以基礎(chǔ)配方測試確認反射隔熱顏料的耐候性，確保達到標準要求的最高等級人工老化要求。
2.4 各組分配比的確定及對性能的影響
2.4.1 乳液量的確定
水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料，是在彈性涂料或外墻涂料的基礎(chǔ)上，加入空心微珠和反射隔熱顏料制得的，按照GB/T25261—2009反射隔熱涂料標準要求，乳液用量如前所述確定為28%～32%。
2.4.2 鈦白粉
鈦白粉作為白色顏料在反射隔熱涂料中是必不可少的，因為白色反射可見太陽光能力最強，且對紅外線也有一定的反射作用，所以好的反射涂料一般以淺色較多。鈦白粉不僅反射陽光，還為涂料提供了優(yōu)異的遮蓋力，所以在水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料中也是主要的原料之一，在基礎(chǔ)配方中的加量為18%～20%。
2.4.3 空心微珠粉
由于空心微珠粉中空體輕，體積大，易漂浮，當(dāng)加量超過10%時，涂料黏度變大，放置會增稠，沒有流動性。
不同用量的空心微珠對涂料流動性的影響見表3。
表3 不同用量的空心微珠對涂料流動性的影響
2.4.4 反射隔熱顏料
當(dāng)其他組分確定后，隨著熱反射顏料添加量的增加，試板的正反面溫度差會增大，但當(dāng)超過一定量后溫度變化較緩慢，說明當(dāng)加入到一定量后，該反射顏料均勻分布，已沒有足夠的空隙讓太陽光透過了，不能再增加反射。為了達到涂料性能及價格平衡，應(yīng)和空心微珠配合使用。
檢測標準按JG/T235—2008建筑反射隔熱涂料(WQ型)，反射隔熱顏料粉的用量對隔熱性能的影響見表4。
表4 反射隔熱顏料粉的用量對隔熱性能的影響
2.4.5 調(diào)色對隔熱性能的影響
將做好的水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料加入5%鐵黃漿，調(diào)成中黃色涂料，與白色涂料對比檢測太陽光反射比和半球反射率，結(jié)果見表5。
表5 白色與黃色涂料太陽光反射率對比
實驗表明，純白色具有較高的太陽反射比，調(diào)入其他顏色后，對太陽反射比影響較大，對半球發(fā)射率影響不大。如何能使太陽光反射比、半球發(fā)射率數(shù)據(jù)都達到0.9以上，其他各種顏色能達到更高的太陽光反射比，是下一步研究中需要解決的問題。
3·涂裝工藝
(1)在涂裝前先將墻面處理干凈，含水率8%，PH<10，較大縫隙用專用膩子修補。
(2)批刮保溫膩子，分3～4次批刮，總厚度4～5mm，再批一道批光膩子，打磨光滑。
(3)用專用底漆打底，底漆要均勻涂布。
(4)待底漆干燥后，(至少4h)，再進行水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料的涂裝，分2～3次涂裝，以達到所需要的厚度，黏度高時兌清水不超過5%。
4·結(jié)語
水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料通過加入空心微珠粉，在涂料中形成很多微觀的獨立絕熱腔體，具有反射、散射太陽光熱輻射的作用。同時反射隔熱顏料的加入，又使其具有將吸收的太熱能反射出去的功能，起到更好地屏蔽紅外線熱能的作用。由于微珠粉熔點高于700℃，大大提高了涂層的耐熱性，能起到很好的防火作用，而且由于其化學(xué)惰性，表面具有抗化學(xué)腐蝕功能，顆粒在涂料中緊密排列，又起到了很好的防腐作用。采用自交聯(lián)彈性乳液，克服了傳統(tǒng)彈性涂料容易被灰塵污染的問題，更大地發(fā)揮了反射太陽熱能的作用，提高了涂層保溫隔熱的作用。目前項目研究的水性彈性保溫隔熱節(jié)能涂料已在江蘇溧陽和常州等地的大型工程中得到應(yīng)用。
