外墙隔热涂料的功能填料掺量优化

data-full-width-responsive="true"> 外墙隔热涂料的功能填料掺量优化陈明凤, 彭红, 谢厚礼, 刘立军(重庆大学材料科学与工程学院, 重庆400045)0 引 言建筑隔热涂料具有经济性显著、施工简便和隔热效果可靠等优势, 同时具有传统外墙涂料所具备的装饰和保护功能,正逐步成为新的建筑节能措施。开发高性能外墙隔热涂料必将丰富现有的外墙保温隔热体系, 推动我国建筑节能事业的发展[ 1- 6] 。本研究通过正交试验方法, 对阻隔型、反射型、辐射型外墙隔热涂料的配方做了进一步优化。1 实验原材料和设备1 1 实验主要原材料纯丙烯酸乳液; 金红石型二氧化钛; 助剂; 阻隔型功能填料: 空心玻璃微珠、600目漂珠、硅藻土; 反射型功能填料: 防紫外线无机粉末; 实心/空心陶瓷微珠; 反光粉; 辐射型功能填料: 纳米级及325目远红外陶瓷粉; 600目ZR 涂料粉; A l2O3粉状材料。所有原材料均为市售。1 2 实验主要设备FX1 5型高速搅拌分散机; JJ- 1型电动搅拌器; QL - 425型超声波分散机; 涂布器; 表面热电耦; 温度显示仪; 红外灯等。2 试样的制备及隔热性能测试方法2 1 试样的制备方法( 1)将分散剂和防冻剂加入蒸馏水中, 用电动搅拌器低速搅拌均匀, 将二氧化钛及功能填料按密度先小后大的顺序缓慢加入, 同时根据情况加入适量消泡剂, 然后缓慢加入成膜助剂及部分增稠剂, 低速搅拌均匀后再移至高速搅拌分散机, 加入剩余的部分增稠剂, 高速分散约30 m in, 即得颜填料色浆。( 2)将乳液缓慢加入调制好的颜填料色浆中, 低速搅拌30~ 40 m in, 调节黏度和pH, 出料待制备试样。( 3)对于空心状的功能填料不能高速搅拌, 以免破坏其空心结构。该类型功能填料采用超声波分散约30 m in, 然后再与乳液混合均匀, 低速搅拌30~ 40 m in, 调节黏度和pH, 出料待制备试样。2 2 试板的制备方法试验制备试板采用的是JC /T 412 2- 2006 《纤维水泥平板第2部分： 温石棉纤维水泥平板》中6 3和64规定的高密度IV级温石棉纤维水泥平板, 规格150 mm 75 mm 4 ~6 mm。其表面处理按GB /T 9271- 1988 色漆和清漆标准试板!的规定进行。试板的制备按GB 9152- 1988 建筑涂料涂层试板的制备!进行, 涂刷后在自然环境下放置7 d后待测。23 隔热性能测试方法( 1) 绝对温升测定以美国军标改进后的自制装置对试样的隔热性能进行测试。装置是一个用50 mm 厚的聚苯乙烯泡沫板制成的外围尺寸为360 mm 360 mm 250 mm 的箱子, 在箱子的上表面裁出两个对称的长方形孔洞, 尺寸以试板不下漏为宜。图1 为试验装置示意图。试验在空调室内进行, 控制室温为( 20+- 2) C , 测试前将试板置于空调室内2 h 以上, 以使试板温度与环境温度平衡,测试时紧闭门窗, 保证风速为零。将2 块涂有同一试样的样板放置于红外灯正下方, 板边缘彼此相距50 mm; 记录初始温度, 开启红外灯, 每隔3 m in记录2块样板在同一时间点的下表面温度, 共记录33 m in( 通过试验发现, 样板被照射33 m in后, 其下表面温度变化不超过1C , 视为至平衡温度) , 并取2个温度的平均值作为该试样的平衡温度。绝对温升为获得的平衡温度减去初始温度。( 2) 太阳反射比的测定按照GJB 2502- 1996 卫星热控涂层试验方法中方法210 卫星热控涂层太阳吸收比光谱测试法(绝对法) 的规定进行测定。( 3) 半球发射率的测定按照GJB 2502- 1996 卫星热控涂层试验方法中方法310 卫星热控涂层稳态量热计法半球发射率测试法的规定进行测定。3 结果与讨论31 阻隔型外墙隔热涂料选取空心玻璃微珠、硅藻土及600目漂珠作为阻隔型外墙隔热涂料的功能填料。采用L9 ( 34 ) 正交表进行正交试验。表1为3种材料的因素水平表, 表2为其正交试验结果及数据处理情况。表1 阻隔型外墙隔热涂料因素水平表2 阻隔型外墙隔热涂料正交试验结果及数据处理从表2中方差R可见, 4种阻隔型功能材料对涂层隔热性能的影响显著性为: A C D, 根据绝对温升越小隔热效果越好的原则, 并且为了确保色浆不出现成团现象, 得出4种阻隔型功能填料的最优水平搭配为A2 B2 C2D1, 即空心玻璃微珠掺量为18%、硅藻土为16%、600目漂珠为12%, 则阻隔型外墙隔热涂料的最佳配方见表3, 测得其绝对温升为279C 。32 反射型外墙隔热涂料选取实心/空心陶瓷微珠、反光粉、防紫外线无机粉末作为反射型外墙隔热涂料的功能填料。采用L9 ( 34 )正交表进行正交试验。表4为4种材料正交试验的因素水平表, 表5为其正交试验结果及数据处理情况。表4 反射型外墙隔热涂料因素水平从表5中方差R可见, 4种功能材料对涂层隔热性能的影响显著性为: B D A, 并根据绝对温升越小隔热效果越好的原则, 得出4 种反射型功能填料的最优水平搭配为A1 B3C2D3, 即实心陶瓷微珠掺量为4 0%、反光粉掺量为3 6%、防紫外线无机粉末掺量为6 0% 、空心陶瓷微珠掺量为12 0%, 则反射型外墙隔热涂料的最佳配方如表6所示。表5 反射型外墙隔热涂料正交试验数据及处理注: 掺量均为占涂料总质量的质量分数。利用表6配方配制而得的反射型外墙隔热涂料, 测得其绝对温升为280 % 。结合图2, 计算得到该最佳反射型涂料在波长为250~ 2 500 nm 范围内的太阳反射比为86%。参照JC /T 1040- 2007 建筑外表面用热反射隔热涂料中涂层太阳反射比83%的规定, 可知该反射型涂层的太阳反射比高于标准要求。33 辐射型外墙隔热涂料选取纳米级及325目远红外陶瓷粉、A l2O3粉状材料、600目ZR 涂料粉作为辐射型外墙隔热涂料的功能填料。采用L9 ( 34 ) 正交表进行正交试验。表7 为4 种材料的因素水平表, 表8为其正交试验结果及数据处理情况。表7 辐射型外墙隔热涂料因素水平表8 辐射型外墙隔热涂料正交试验结果及数据处理从表8中方差R可见, 4种辐射型功能填料对涂层隔热性能的影响显著性为: D B C, 并根据绝对温升越小隔热效果越好的原则, 得出4种辐射型功能填料的最优水平搭配为A1 B2 C1D3, 即纳米级远红外陶瓷粉掺量为30%、氧化铝掺量为1 5%、325目远红外陶瓷粉掺量为20%、ZR涂料粉掺量为7 0%, 则辐射型外墙隔热涂料的最佳配方见表9。利用表9配方配制而得的最佳辐射型外墙隔热涂料, 测得其绝对温升为306 % ; 同时, 笔者委托国家建筑材料测试中心对该最佳辐射型涂料进行了半球发射率测试, 得到该试样的半球发射率为87%, 高于JC /T 1040- 2007 建筑外表面用热反射隔热涂料中规定涂层半球发射率 85%的要求。4 结 语( 1) 通过正交试验优化了各功能填料掺量, 得出了阻隔型、反射型、辐射型外墙隔热涂料的最佳配方。( 2) 阻隔型、反射型、辐射型3种隔热涂料以阻隔型和反射型的隔热效果较好, 辐射型隔热效果较差。