隔热功能填料对隔热涂料性能的影响
宋云娟,叶云飞,郭锋(常州建筑科学研究院,江苏尼高科技有限公司,江苏常州 213144)
0 前 言
目前我国建筑能耗约占社会能源消耗的30%,建筑节能刻不容缓。隔热涂料是由基料、颜填料、隔热功能填料和助剂等组成,可以有效降低建筑物的表面温度,从而改善建筑物室内热环境,起到节能降耗的作用。
隔热涂料按照作用机理的不同可分为反射型隔热涂料、辐射型隔热涂料和阻隔型隔热涂料。研制出复合型隔热涂料,使3种隔热机理协同作用,是未来隔热涂料的发展方向。
本研究以空心玻璃微珠、纳米ATO粉和陶瓷微珠作为隔热功能填料,探究了它们对隔热涂料隔热效果的影响,并通过不断优化试验配方,最终得到了一种综合性能优良的隔热涂料。
1 试验部分
1.1 原材料
纯丙乳液7016G、苯丙乳液296D,德国巴斯夫;硅丙乳液RS-3788、纯丙乳液RS-9689AS,巴德富;金红石型钛白粉R-706,美国杜邦;空心玻璃微珠H32、H46、H60,中钢集团马鞍山矿院新材料科技;纳米ATO粉VK-G06,宣城晶瑞新材料;陶瓷微珠W-210,美国3M;陶瓷微珠HG-T6000,上海汇精亚纳米新材料;其他填料和助剂均为市售。
1.2 仪器设备
SDF-400型高速分散砂磨机,上海微特电机有限公司;NDJ-4型旋转黏度计,上海越平科学仪器有限公司;STM-Ⅲ斯托默黏度计,天津市中亚材料试验机厂;C84-Ⅲ反射率测试仪、NZW型涂层耐沾污测试仪,上海普申化工机械有限公司;QFS涂料耐洗刷测定仪,北京高科建仪科技有限公司;UV-3600紫外可见近红外分光光度计,日本岛津公司;DS半球发射率测量仪,北京建科源科技有限公司;隔热温差测试装置,自制。
2 结果与讨论
2.1 钛白粉用量对对比率的影响
涂料的对比率是衡量白色及浅色涂料遮盖能力的重要指标,遮盖能力越好涂刷的面积越大。表1为钛白粉用量对涂料对比率的影响。
从表1中可以看出,在一定含量范围内,涂料对比率随钛白粉用量的增加而增大;当钛白粉用量为16%时,对比率为93.9%,达到GB/T 9755—2014中面漆优等品的要求(≥0.93),而钛白粉用量为13%时所制备的涂料的对比率低于93%;因此,建议金红石型钛白粉的添加量为16%。
2.2 乳液类型对隔热性能的影响
本文选取了4种乳液,在未添加隔热功能填料的前提下,探究了乳液类型对隔热性能的影响,结果如表2所示。
由表2可知,乳液的种类对隔热涂料的太阳光反射比和半球发射率影响并不是很大。4种乳液所制试样的太阳光反射比在84%左右,半球发射率为0.87~0.88。相比而言,RS-9689AS的太阳光反射比和半球发射率均最大,分别为84.53%和0.88。所以,选用RS-9689AS作为隔热涂料的基料。
2.3 空心玻璃微珠对隔热性能的影响
空心玻璃微珠是一种经过特殊加工处理的玻璃微珠,其主要成分是硼硅酸盐,粒径为10~250 μm,具有质轻、低导热、强度高和良好的化学稳定性等优点。本文所用空心玻璃微珠为中钢集团马鞍山矿院新材料科技有限公司所生产,选用了H32、H46、H60这3种进行了试验探究。
空心玻璃微珠的用量影响到其分散性和破损率,同时也影响到涂料的施工性,具体见表3。
从表3中可以看出,当空心玻璃微珠的用量不超过8%时,破损率低,分散性和施工性较好。当空心玻璃微珠的用量达到11%时,破损率较高,分散性和施工性均较差。考虑到较低含量的空心玻璃微珠起到的隔热效果比较微弱,本文中所用空心玻璃微珠的用量为8%。
再在8%的用量下,探究空心玻璃微珠级配对隔热性能的影响,以隔热温差来表示隔热效果的好坏。隔热温差越大,隔热效果越好;反之,隔热温差越小,隔热效果越差。表4为空心玻璃微珠级配对隔热温差的影响。
在表4中,H32的真密度为0.30~0.35 g/cm3,H46的真密度为0.45~ 0.49 g/cm3,H60的真密度为0.58~0.64 g/cm3。真密度越大,抗压强度越大,微珠越不容易破损。另外,粒径大小不一、分布较宽的空心玻璃微珠互相填补,在涂层中形成更加致密的堆积。粒径较大的微珠中所含气体较多,可以更好地阻碍热传导,隔热性能较好[4]。试验发现,3%H32、2%H46和3%H60这一级配的隔热温差较高,隔热性能更好,原因是一方面粒径较大的微珠含量较多,另一方面在此级配下涂层可能更加致密。
2.4 纳米ATO粉对隔热性能的影响
纳米ATO粉为纳米掺锑二氧化锡,其主要成分为90%~95%的SnO2和5%~10%的Sb2O3,为蓝色或灰白色粉末,粒径为20~80 nm,隔热性能良好。表5为纳米ATO粉对隔热涂料隔热性能的影响。
从表5中可以看出,随着纳米ATO粉用量的增加,隔热温差逐渐增大,涂膜隔热性能增强。但是,所用VK-G06为蓝色粉末,试验发现,当VK-G06用量高于3%时,涂膜的对比率下降明显;同时,高含量的VK-G06用量会降低涂膜的明度值,导致涂膜的太阳光反射比和半球发射率有所下降;另外考虑到成本,故将纳米ATO粉的用量确定为3%。
2.5 陶瓷微珠对隔热性能的影响
陶瓷微珠被誉为“空间时代新材料”,是一种非金属多功能材料,主要成分是SiO2和Al2O3。W-210为实心结构,其粒径为3 μm;HG-T6000为空心结构,粒径为5~10 μm。陶瓷微珠对涂料隔热性能的影响如表6所示。.
从表6中可以看出,在相同添加量下,W-210的隔热效果优于HG-T6000;且随着陶瓷微珠用量的增加,隔热效果随之增强。因此,建议添加6%的W-210。
2.6 隔热涂料的优化配方与性能检测
通过不断的试验优化,最终得到了综合性能优良的隔热涂料,其优化配方和检测结果分别见表7和表8。
3 结 语
以空心玻璃微珠、纳米ATO粉和陶瓷微珠作为隔热功能填料,制备出了隔热性能优异的隔热涂料;空心玻璃微珠的最佳含量为8%,纳米ATO粉的最佳含量为3%,陶瓷微珠的最佳含量为6%;所制隔热涂料的太阳光反射比和近红外反射比远高于相关标准中技术要求,半球发射率高达0.91,隔热温差为8.7 ℃。