阻隔型外墻隔熱涂料的研制及性能研究

吳邦俊， 陳明鳳，彭 紅，劉立軍

（1重慶市江北區建設工程質量監督站 重慶 400020 2重慶大學 重慶 400045 3重慶建筑工程職業學院 重慶 400039 4重慶市建筑科學研究院 重慶 400015）

引言

阻隔型隔熱涂料是通過對熱傳遞的顯著阻抗性來實現隔熱的一種涂料。我國的阻隔型隔熱涂料始于20世紀80年代末，以高溫場合使用的保溫隔熱涂料為起點[1]。這種類型的涂料通常以表觀密度小、內部結構疏松、氣孔率高以及含水率小的材料作為輕骨料，依靠粘結劑的作用使其結合在一起，直接涂抹于設備或者墻體的表面來達到隔熱的效果。

本文所研制的阻隔型外墻隔熱涂料是在涂料中摻入空心玻璃微珠、漂珠、硅藻土等導熱系數較低的材料，能顯著阻止熱量傳遞，且隔熱效果優良、耐沾污性和耐候性良好的一種薄層環保型隔熱涂料。

1 實驗部分

實驗原材料為丙烯酸乳液，金紅石型鈦白粉，阻隔型功能材料，助劑等。

實驗儀器有低速攪拌機、高速攪拌機、紅外燈、熱電偶、溫度數字顯示儀、溫度計、涂布儀等。

阻隔型外墻隔熱涂料的研制：

基礎配方：阻隔型外墻隔熱涂料的基礎配方如表1所示。

表1 阻隔型外墻隔熱涂料基礎配方

工藝流程：

(2)將乳液緩慢加入調制好的顏填料色漿中，低速攪拌30～40分鐘，調節黏度和pH值，出料。

(3)待試樣靜置一天后，用一定規格的涂布儀涂刷在待測石棉板上，自干24小時，再涂刷一層，晾至一周待測。

(4)樣板規格：按JC/T 412.2—2006中6.3和6.4規定的高密度Ⅳ級溫石棉板纖維水泥平板：150mm×75mm×（4mm-6mm）?；谋砻嫣幚戆碐B/T 9271—1988的規定進行。

2 阻隔型外墻隔熱涂料的隔熱效果測定

2.1 涂層平衡溫度的測定

試驗裝置：用50mm厚的聚苯乙烯泡沫板制成一個外圍尺寸為360×360×250mm的箱子，在箱子的上表面裁出兩個對稱的長方形孔，尺寸以石棉板不會下漏為宜，試驗裝置見圖1。

圖1 涂層平衡溫度測試裝置示意圖[2](h=34cm)

試驗環境：室內測試，用空調保持室溫為20±2℃，將涂刷試樣的石棉板先置于環境溫度中2小時以上，使試板溫度與環境溫度平衡，測量時緊密門窗，保證風速為0，盡量減小誤差。

測試步驟：

（1）將兩塊涂有同一試樣的石棉板放置275W的紅外燈正下方，板邊緣彼此相距50mm；將聚苯乙烯泡沫板左右兩邊標號，分別記做L、R。

2.水質條件差。秋季魚類排泄物劇增，水體有機質污染加劇，養殖水體缺氧而亞硝酸鹽和氨態氮等有害物質含量上升，造成水質不良，水質調控難度增加，魚類病害增多。

（2）開啟電源，每隔3min記錄一次兩塊試板下表面的溫度。

（3）共記錄33min（通過試驗發現，試板被照射33min后，其下表面溫度變化不超過1℃，視為至平衡溫度），取兩個溫度的平均值作為該試樣的平衡溫度，并將平衡溫度減去初始室溫記為絕對溫升。

2.2 模擬太陽光照射外墻隔熱涂料

為模擬在太陽光照射下外墻隔熱涂料的隔熱效果，筆者制作了3個空腔尺寸為長×寬×高=350×350×300mm 的熱箱，熱箱的5個面用聚苯乙烯泡沫板構成，上蓋360×360mm的纖維水泥試板，如圖2所示。將通過正交試驗獲得的最優配方配制成的外墻隔熱涂料在纖維水泥板上均勻涂刷2遍，與涂刷空白樣（無功能材料）的試板及空板（石棉板上不涂刷任何物質）進行對比，測試在太陽照射下，各熱箱內的溫度變化情況。

圖2 模擬太陽光照射外墻涂料的測試裝置示意圖

3 結果與討論

3.1 單一阻隔型功能材料摻量對涂層隔熱性能的影響

在顏基比一定的前提下，考察單一阻隔型功能材料不同摻量對涂層隔熱性能的影響 （摻量以涂料總質量的百分數計）。利用涂布儀將各樣品制成相同厚度的涂層，然后按照2.1測試方法分別測定其絕對溫升。

3.1.1 空心玻璃微珠摻量對涂層隔熱性能的影響

在隔熱涂料中以空心玻璃微珠作為填料，除了能得到像金屬鋁粉那樣的反射光和熱輻射的效果以外，還能利用空心玻璃微珠中空、質輕、熱導率低的特點，達到阻隔熱量的目的，從而提高涂膜的絕熱性能[3]?？梢?，空心玻璃微珠作為填料兼有反射太陽光和阻隔熱量的復合功效。本文選用的是堿石灰硼硅酸空心玻璃微珠K1和VS 5500兩種型號，其內部為1/3個大氣壓的中空結構，導熱系數為0.0052 W/(m·K)左右，具體性能參數請見表2。在基礎配方中分別加入不同量的兩種空心玻璃微珠，其對涂料隔熱性能的影響見表3。

表2 空心玻璃微珠性能參數

表3 空心玻璃微珠摻量對涂層隔熱性能的影響

從表3可以看出，摻入空心玻璃微珠后，涂層的隔熱性能都有所改善，且粒徑較小的VS 5500改善效果優于K1。當兩種空心玻璃微珠摻量為1.8%，絕對溫升達到最低值，與空白樣相比，K1絕對溫升下降了4.9℃，VS 5500下降了6℃。當繼續增加空心玻璃微珠的摻量，涂料黏度增加，微珠不易分散，而影響涂膜的均一性，故推薦使用VS 5500的空心玻璃微珠，摻量以1.8%為宜。

3.1.2 硅藻土摻量對涂層隔熱性能的影響

硅藻土是稀有非金屬礦，其主要化學成份是SiO2，含量達92%以上，結構為非晶體，其它組分主要為Al2O3和Fe2O3，以及少量或微量的鈉、鉀、鈣、鎂、鈦及其它氧化物。硅藻土具有開口、多孔的結構，其導熱系數為0.264～0.297W/(m·K)，折射率為1.4～1.5，比表面積為7，050～67，000 cm2/g[4]。 在基礎配方中摻入不同量的硅藻土，其對涂層隔熱性能的影響見表4。

表4 硅藻土摻量對涂層隔熱性能的影響

從表4可以看出，在涂料中摻入硅藻土對涂層的隔熱起著非常顯著的改善作用，并隨著硅藻土摻量的增加，這種改善效果更為顯著，在摻量為15%時達到最優，此時與空白樣相比，溫差達到9.2℃。但是由于硅藻土為多孔結構材料，其對水有很強的吸附性能，當硅藻土摻量超過20%時，其在顏填料色漿中出現成團現象，極難分散。因此，建議在涂料中摻入硅藻土時，其最佳摻量為涂料總質量的15%左右，最大摻量不應超過20%。

3.1.3 不同粒徑的漂珠摻量對涂層隔熱性能的影響

漂珠又稱空心玻璃球，是一種新型、多功能的無機材料。本文選用了三種粒徑的漂珠，分別為120目、300目和600目，其堆積密度為0.26～0.45g/cm3，比重為0.4～0.8g/cm3，導熱系數為0.01163 W/(m·K)左右[5]。其主要化學組成見表5。

漂珠摻量對外墻涂料隔熱性能的影響如表6所示。從表6可以看出，漂珠的粒徑越小，其對涂層的隔熱效果越好。當漂珠粒徑為120目和300目時，漂珠的加入對涂層的隔熱效果并沒有起到改善作用；而粒徑為600目的漂珠在摻量為3.6%時，其對涂層隔熱性能的改善效果最好。

表5 漂珠的主要化學組成

表6 漂珠摻量對涂層隔熱性能的影響

3.2 模擬太陽光照射實驗

為進一步證實自制外墻涂料對太陽光的隔熱效果，利用2.2中介紹的實驗裝置，將摻入隔熱效果較好的硅藻土、空心玻璃微珠VS 5500所配制的涂料與空白樣進行比較。本文選用硅藻土最佳摻量15%和空心玻璃微珠VS 5500最佳摻量1.8%的涂料試樣，來考察兩者對太陽光的阻隔效果。測試結果如圖3。測試時間為09:30～18:00，每隔30min記錄一次數據。

圖3 太陽光照射下涂層的隔熱效果

從圖3可以看出，在整個測試階段，上蓋自制試樣的箱內溫度變化幅度遠比空白石棉板小，且比空白樣箱內溫度低。在一天中最熱時間段13:00～16:00，上蓋涂有硅藻土涂料試樣的石棉板泡沫箱內溫度與同條件下的空白石棉板相比，最大溫差達到10.9℃；與空白樣相比，最大溫差達3.2℃；與涂有空心玻璃微珠VS 5500涂料試樣相比，最大溫差達2.1℃，以上數據表明硅藻土制備的涂料試樣具有較好的隔熱性能。

4 結論

（1）通過考察在涂料中單獨摻入某種阻隔型功能材料，得到硅藻土對涂層的隔熱效果有較為顯著的改善，空心玻璃微珠VS 5500次之。

（2）在基準涂料中，硅藻土的最佳摻量為15%，此時與空白樣相比，溫差達到9.2℃，隔熱效果顯著。

（3）通過模擬太陽光照射，得到采用硅藻土配制的隔熱涂料試樣，其箱內溫度與同條件下的空白石棉板相比，最大溫差達到10.9℃；與空白樣相比，最大溫差達3.2℃。

[1]夏正斌，等.建筑隔熱涂料的研究進展[J].精細化工.2001.10.

[2]徐峰，朱曉波，鄒侯招.實用建筑涂料技術[M].北京：化學工業出版社，2003.

[3]陳建華，陸洪彬，袁羨華.復合型外墻隔熱涂料的研制[J].材料導報，2006（3）：149-151.

[4]陳旭曄，余勇，潘潔，等.硅藻土質復合絕熱涂料的研制[J].研究與探討，2008：18-19.

[5]李文丹，陳建華，陸洪彬，馮春霞.TiO2包覆粉煤灰漂珠外墻隔熱涂料的研究[J].化工新型材料，2007：69-71.