填料对涂料反光隔热性能的影响研究

当今节能已成为各国十分重视的问题, 建筑能耗占总能耗相当大的比重, 我国建筑能耗占总能耗的30%～40%[1]。而在建筑能耗中, 采暖和空调又占了很大的比例。我国居住建筑单位面积采暖能耗, 是发达国家的3 倍[2]。因此降低建筑能耗, 开发建筑节能材料有重要的意义。隔热保温涂料可对建筑物的维护结构, 实施隔热、保温, 减少外部过多能量的进入、降低被覆空间或物体表面及内部温度和内部能量的损失[3, 4], 从而降低空调的使用率。根据隔热方式和作用机理的不同, 隔热涂料可分为: 阻隔性、辐射性和反射性三类[5]。目前, 隔热保温涂料已成为节约能源可以采取的一项重要措施。

目前已应用的隔热保温涂料, 其防寒、节能、抗老化等性能较好。美国帕瑞克( Parex) 、专威特(Dryvit)公司生产的外墙保温涂料, 集隔热、保温、防水和装饰功能为一体,在国外应用已有30 余年,适合我国武汉、华北、西北和东北地区的建筑饰面[6]。氟碳涂料是一种具有优良性能的新型涂料, 氟碳树脂中含较多的C-F 键, 吸热基团如C-O-C、C=O、-OH 等比较少; 而所用的填料如: 钛白粉、珠光

云母、铝银浆等对光都有一定的反射隔热效果, 所以预计氟碳涂料也具有一定的反光隔热效果。本实验对玻璃粉、珠光云母、滑石粉、重钙、轻钙、钛白粉、玻璃微珠、膨润土等常用的填料, 以及几种组合填料和钛白粉型、珠光云母型和铝银浆型氟碳涂料的隔热性能进行了研究测试, 并对结果做出评价。
 

1 试验部分

1.1 实验仪器及试剂
红外灯( 250W) ; 白炽灯( 500W) ; 温度计( 0~100℃) ; 滤纸; 玻璃板。以上器材均为市购。高速分散机: 型号F-04, 秦皇岛抚宁化工机械厂;玻璃粉: 市购白色和蓝色玻璃,磨细至20 目;珠光云母: GA-2, 滁洲格锐矿业有限责任公司; 滑石粉: 四川江油; 重钙: 四川宝兴; 轻钙: 四川绵竹; 钛白粉( 金红石型、锐钛型) : 重庆; 玻璃微珠: 四川邛崃;膨润土: 四川仁寿; 氟碳树脂: 大连振邦; 铝银浆: 山东。

1.2 实验方法

1.2.1 隔热保温箱制作和隔热性能测试: 在长×宽×高= 20cm×15cm×10cm 的纸箱内垫4cm 厚的塑料泡沫, 形成保温层; 在离上边2cm 处钻一小孔, 插入一温度计, 即下温度计; 将涂料涂刷于20cm×15cm 的定性滤纸上, 每次涂料用量固定为50g,分两次涂完,干透后置保温箱顶上,上放上温度计,用悬挂其上的红外灯或白炽灯照射涂层,待上下温度计温度稳定不再变化时,记录上下温度,分析讨论。

1.2.2 实验流程: 填料、助剂→高速分散( 加助剂和乳液) →涂料→隔热测试。

按填料∶水和助剂∶乳液=50∶20∶30 的比例配制涂料, 进行隔热性能测试。组合填料和建筑外墙氟碳涂料的配比, 分别如表1、表2 所列。

 

2 结果与讨论

2.1 单种填料对红外灯光、白炽灯光的反光隔热效果
单种填料对红外光的反光隔热效果, 见表3。可以看出: 玻璃粉(不同细度及颜色)、钛白粉(金红石型)、膨润土等三种材料上下温差无异, 无隔热效果;膨润土、锐钛型钛白粉的隔热效果基本相同, 但效果较差; 滑石粉、轻钙有较好的隔热效果; 重钙、珠光云母的隔热效果依次增强, 效果最好。单种填料对白炽灯光的反光隔热效果, 由表3 还可看出: 玻璃微珠、膨润土、不同细度和颜色的玻璃粉、珠光云母、重钙、金红石型钛白粉、滑石粉、轻钙、锐钛型钛白粉的隔热效果依次增强, 轻钙和锐钛型钛白粉的隔热效果最好。

 

*A- 细无色玻璃粉; B- 较细无色玻璃粉; C- 细有色玻璃粉; D- 较细有色玻璃粉; E- 珠光云母; F- 滑石粉; G- 重钙; H- 轻钙; I- 金红石型钛白粉; J- 锐钛型钛白粉; K- 玻璃微珠; L- 膨润土。

颜填料对光的散射能力m 可用颜填料的折光指数n p 与树脂的折光指数n r 之比来表示, 与颜填料的遮盖力有很大关系, 遮盖力越强, 对太阳光的散射能力也越强。钛白粉的折光指数为2.80, 是遮盖力最好的颜料, 从对白炽灯光的隔热测试中也可以看出其隔热效果最好。

2.2 组合填料对红外灯光、白炽灯光的反光隔热效果组合
填料对红外灯光的反光隔热效果, 见表4。可以看出, 随着钛白粉含量的增加, 轻钙含量的减少, 组合填料对红外灯光的隔热效果逐渐降低, 这与单种填料中钛白粉、轻钙的隔热效果相符; 从表中还可看出, 三种组合填料对白炽灯光的隔热效果基本相同, 钛白粉含量的增加和轻钙含量的减少, 对组合填料的隔热效果基本无影响。

2.3 氟碳涂料对红外灯光、白炽灯光的反光隔热效果见表5。氟碳涂料对红外灯光的隔热效果: 铝银浆型氟碳隔热涂料对红外光的反射隔热效果最为理想; 其次是钛白粉型、珠光云母型的; 从表中对白炽灯光的隔热效果还可看出: 珠光云母型、钛白粉型、铝银浆型氟碳涂料的隔热效果依次降低。由于铝银浆中的铝颗粒在反射光的同时, 也是热的良导体, 所以铝银浆型氟碳涂料的隔热效果与珠光云母、钛白粉型的相比要差些。

3 各类填料的实际应用

在使用上, 重钙和轻钙由于易受酸雨侵蚀, 在外墙涂料中的加量较少, 但由于成本低且反光隔热效果好, 在内墙涂料上被大量采用; 锐钛型和金红石型钛白粉填料, 分别适用于内墙和外墙涂料; 氟碳涂料和珠光云母涂料, 用做外墙涂料; 滑石粉既可用于外墙涂料, 也可用于内墙涂料。所配制的反光隔热内外墙涂料, 经检测, 性能均符合GB/T9755-95、GB/T9756-95、GB/T9756-2001的技术要求, 并已用于工程, 效果良好。
 

3 结语

1.填料对白炽灯光的隔热效果要比对红外灯光的理想, 可能是因为白炽灯发出的光近似于自然光,比红外光的波长短,穿透力比红外光弱之故。

2.在氟碳涂料所采用的单种填料中, 珠光云母、重钙对红外灯光的隔热效果最好; 珠光云母、重钙、金红石型钛白粉、滑石粉、轻钙、锐钛型钛白粉, 对白炽灯光的隔热效果较好, 且依次增强。

3.在氟碳涂料所采用的组合填料中, 钛白粉含量的增加, 轻钙含量的减少, 使对红外灯光的隔热效果逐渐降低, 而对白炽灯光的隔热效果基本无影响。

4.铝银浆型氟碳涂料对红外灯光的隔热效果最好, 而珠光云母型和金红石型的对白炽灯光的隔热效果较好。