高性能白色及可调色反射隔热涂料的研究
日期：2021-06-21
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260 核心提示：高性能白色及可调色反射隔热涂料的研究彭超，沈志明，李晴，徐猛（江苏丰彩新型建材有限公司，江苏南京211100）随着全球气候的变
高性能白色及可调色反射隔热涂料的研究
彭超，沈志明，李晴，徐猛（江苏丰彩新型建材有限公司，江苏南京211100）
随着全球气候的变暖，公共建筑的全年能耗大约50%~60%消耗于空调制冷与采暖系统，建筑外墙外围护的节能性被提升到了一个前所未有的高度，保温砂浆、一体化保温装饰板、相变材料、反射隔热涂料均得到了很好的推广和应用。在目前中国的既有建筑中，70%的建筑未采用节能标准建造设计， 使得既有建筑的节能改造具有了巨大的潜在市场，由于全球环境日渐恶劣，尤其是我国夏热冬冷地区，对保温系统的抗裂材料提出了很高的要求， 反射隔热涂料涂膜具有了很高的延伸率，拉伸强度，耐候性和耐沾污性，并且对于既有建筑的节能改造为便捷、综合成本低，所以适合广泛推广和应用。
外墙反射隔热建筑涂料虽然得到了很好的推广， 但是目前的产品局限于白色系， 且适用范围狭隘， 仅适用于屋面，用于外墙时，白色已经无法满足现如今的人类审美观，并且会造成一定的光污染， 所以本文着力于研究彩色外墙反射隔热涂料， 介绍了彩色反射隔热涂料太阳反射比的影响因素，以推动反射隔热涂料的进一步发展。
1 实验部分
1.1 主要原材料
实验所用材料如表1 所示：
1.2 实验仪器
SEM 多功能分散机，电子天平（精度0.001g），斯托默粘度计，80 μm 线棒，太阳灯（275W），温度记录仪
1.3 实验过程
1.3.1 实验配方
实验配方见表2：
1.3.2 隔热涂料的制备
（1） 白色隔热涂料的制备
按配方依次加入水、分散剂、润湿剂、成膜助剂、消泡剂，搅匀后加入二氧化钛、云母粉，用SEM 多功能分散机高速分散1 h 后，分别加入隔热陶瓷粉（300 目、600 目、2500目），纤维素醚、pH 调节剂、消泡剂、增稠剂、杀菌剂，制得涂料样，用斯托默粘度计控制其粘度范围为110±2ku。
（2） 纯彩色隔热陶瓷粉隔热涂料的制备
调研了目前常见的外墙涂料的颜色， 选取了常用的3 种颜色：灰色、浅黄色、砖红色进行实验。
按照1.3.2（1）白色隔热涂料的制备方法，将配方中的二氧化钛、云母粉、隔热陶瓷粉全部替换成彩色隔热陶瓷粉进行涂料试样的制备， 用斯托默粘度计控制其粘度范围为110±2ku。
（3） 调色隔热涂料的制备
由于纯彩色隔热陶瓷粉制备的隔热涂料成本太高，不适合大范围的推广和应用， 所以采用色浆调色的方法进行彩色隔热涂料的制备。
用电子天平精确称量炭黑、铁黑、铬铁黑、铁黄、铁红、大红、酞青兰、酞青绿、柠檬黄、紫几种色浆，将1.3.2（1）制备的白色隔热涂料调成1.3.2（2）中的灰色、浅黄色、砖红色。
1.3.3 制板与测试
（1）常规性能制板与测试
将1.3.2 中制备的隔热涂料试样按照GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》标准优等品要求进行制板、养护和测试。
（2）隔热性能制板与测试
①制板：将1.3.1 中制备的隔热涂料试样分别刮涂在表面定厚过的6mmLCFC 板上，80μm 线棒两遍，第1 遍与第2遍间隔24 h，养护7 d 后进行隔热效果的测试。
②测试仪器及方法（见图1）
隔热性能的实验装置是参照1976 年美军MIL-E-46136(A)[3~6]提供的标准设计改进后的自制热箱装置，如图1所示，热箱内为中空，周边用厚度为100 mm 的XPS 板，测试步骤如下：
a、将样1、样2、样3 三块试板平行放置在热箱上方，每块板的几何中心分别在对应的灯泡下方， 试板与试板间隔50 mm。
b、调节灯泡与试板距离为600 mm，打开稳压电源，每隔2 min 记录1 次试板背面的温度， 直到温度变化不再明显，停止记录（此时的温度称为平衡温度）。
（3）太阳反射比和半球发射率制板与测试
将涂料潮样送至检测中心，按照GB/T25261-2010《建筑用反射隔热涂料》标准进行制板和测试。
2 结果与讨论
（1） 不同目数隔热陶瓷粉制备的隔热涂料常规性能测试（见表3）
从表3 中可以看出， 不同隔热陶瓷粉制备的隔热涂料的常规物理性能是合格的，满足外墙涂料的标准要求。
（2） 不同目数隔热陶瓷粉制备的隔热涂料隔热性能测试
试样测试时的室温为14℃，经过70 min 的测试，各试样温度均趋于平衡，T1 的平衡温度为45℃，T2 的平衡温度为42℃，T3 的平衡温度为40℃，T4 的平衡温度为37℃从T1、T2、T3 的结果可以看出随着隔热陶瓷粉细度的降低，隔热效果是越来越好的，但是由于隔热陶瓷粉是中空结构， 在生产工艺中不能高速分散， 会产生一定的团聚现象，导致反射隔热效果的下降，又做了不同目数隔热陶瓷粉混拼的实验，终确定了T4 的配比所得到的产品的隔热效果佳。详细数据见图2。
注：T1 表示 300 目隔热陶瓷粉制备的隔热涂料的温度变化，T2 表示 600 目隔热陶瓷粉制备的隔热涂料的温度变化，T3 表示 2500 目隔热陶瓷粉制备的隔热涂料的温度变化，T4表 示 300 目、600 目、2500 目 隔 热 陶 瓷 粉 按 照 1:2:4 的 比 例 制
（3） 不同目数隔热陶瓷粉制备的隔热涂料太阳反射比与半球发射率测试（见表4）
从表4 可以看出，随着隔热陶瓷粉细度的降低，其太阳反射比有升高的趋势，由于粒子聚集状态的不同，在不同目数隔热陶瓷粉进行一定配比后， 所制得的白色隔热涂料太阳反射比佳。隔热陶瓷粉目数的变化不影响涂料的半球发射率。
（4） 纯彩色隔热陶瓷粉制备的隔热涂料常规性能测试（见表5）
从表5 中可以看出， 纯彩色隔热陶瓷粉制备的隔热涂料的常规物理性能是合格的，满足外墙涂料的标准要求。
（5） 纯彩色隔热陶瓷粉制备的隔热涂料太阳反射比和半球发射率测试（见表6）
从表6 中可以看出， 纯彩色隔热陶瓷粉制备的隔热涂料由于色彩的不同，对不同波长的光的吸收有一定差异，故其太阳反射比相对白色反射隔热涂料要低一些， 但是半球发射率数值却相差不多， 可能与陶瓷粉本身的一些性质有关，此文不再进行深入讨论。
(6）由于彩色隔热陶瓷粉的价格很高，全部用它做颜填料的隔热涂料成本昂贵，不适合大面积的推广和应用，所以通过对太阳反射比较高的白色隔热涂料进行调色， 以求达到相同或者近似的效果。
如文献所示，不同色浆的太阳反射比是有很大差异的，选用了炭黑、铁黑、铬铁黑、酞青兰、酞青绿、铁红、铁黄、紫、柠檬黄几种色浆进行不同的搭配，将白色隔热涂料调成与纯彩色陶瓷粉制备的隔热涂料一致的3 种颜色———灰色、浅黄色、砖红色，并进行了常规性能的测试，其低温稳定性、耐水性、耐碱性、耐洗刷性均符合GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》标准优等品要求,同时将涂料送至检测中心进行太阳反射比和半球发射率的测试（见表7、表8、表9）。
从表7 中的数据可以看出， 炭黑和铁黑单独将涂料调成灰色后，其对涂料的太阳反射比影响较大，炭黑与酞青兰混拼调色后，涂料的太阳反射比下降的也比较明显。几种黑色浆中，铬铁黑对涂料太阳反射比的影响相对较小。用其它几种颜色的色浆进行混拼调色后，可以得到相对佳太阳反射比的灰色涂料，半球发射率数据调色前后几乎没有变化。
从表8 中可以看出， 加了炭黑和铁黑的涂料其太阳反射比下降较大，验证了表7 灰色调色涂料后得出的结论。铁黄单独调色的太阳反射比要略高于柠檬黄加铬铁黑混拼调色的结果，说明黑色浆的使用在不是必须的情况下，尽量少用，这样对提高有色涂料的太阳反射比是很有好处的。半球发射率数据几乎没有变化。
表9 同时验证了表8 的结论，不加黑色浆得到的有色涂料太阳反射比是相对较高的。半球发射率数据几乎没有变化。
用反射率较高的白色隔热涂料进行调色， 调色时色浆尽量不选用黑色，用其他颜色的色浆混拼来调出目标色，如果必须用到黑色，则选用铬黑色浆，按此调色方法调出来的彩色隔热涂料太阳反射比较高， 且与纯彩色隔热陶瓷粉做颜填料来制备的隔热涂料太阳反射比数据相当， 但是由于调色涂料成本不到其1/5，因此更适合普遍的推广和应用。
3 结语
制备相对较高太阳反射比的有色隔热涂料， 首先需要制备高太阳反射比的白色隔热涂料， 然后选用合适的色浆对其进行调色。
（1）制备白色反射隔热涂料时，采用不同目数的隔热粉混拼后能够制得太阳反射比较高的隔热涂料， 佳比例为300 目：600 目：2500 目=1:2:4。
（2）黑色浆中铬铁黑的太阳反射比高于炭黑及铁黑，调色过程中尽可能的用黑色以外的其它高反射率的色浆对其调色，如果必须用黑色浆，使用铬铁黑色浆会得到相对较高太阳反射比的隔热涂料。
（3） 用纯彩色隔热粉做出的反射隔热涂料虽然其色彩耐候性略优于调色隔热涂料， 但调色隔热涂料成本优势较大，综合考虑比较较适合广泛推广和应用。
