data-full-width-responsive="true"> 改性凹凸棒土作为隔热单元的新型水性隔热外墙涂料的制备程晟，王群英，熊君山，刘先国（中国地质大学材料科学与化学工程学院环境学院，湖北武汉430074）0 前言我国居住建筑单位面积能耗是发达国家的3 倍，隔热保温涂料的研究、发展与应用有利于降低建筑能耗、加强环境保护。水性隔热保温涂料在隔热保温涂料中占有重要的地位，据国外报导，利用水性隔热保温涂料至少可节约建筑能耗30%以上[1]。凹凸棒土（Attapulgite）又名坡缕石[2]，是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸黏土矿物，理想的化学式可表示为Mg5Si8O20 （ OH2）（OH2）44H2O。凹凸棒土具有棒状晶体细长（长05～5 m、宽005～015 m）且晶体内部具有多孔道结构，外表面凹凸相间，内表面积和外表面积都很大[3]。其集合体为土状、致密块体构造，产于沉积岩和风化壳中，颜色为白色、灰白色、青灰、微黄或浅绿，弱丝绢或油脂光泽。土质细腻，有油脂滑感，相对密度小（约16），性脆（摩氏硬度2～3 级），潮湿时呈黏性和可塑性，干燥收缩小，且不产生龟裂，吸水性强，可达到150%以上，pH 值约为815。凹凸棒土储量丰富，价格低廉[4]。因为凹凸棒土具有特殊的链层状、晶体内多孔道等结构特点，理论上可以被制备成性能良好的水性隔热外墙涂料的隔热单元。本文将通过对凹凸棒土进行适当的改性，制成隔热单元，用于水性隔热外墙涂料的制备，并通过自制的隔热效果测试装置对涂料的隔热效果进行测试。1 实验部分11 凹凸棒土的改性原理111 凹凸棒土的酸处理凹凸棒土原土矿物的晶体边界模糊，有较多的泥质杂质，经酸处理后，不但可以除去原土矿物中的泥质杂质和碳酸盐杂质，而且可以疏通孔洞，增大凹凸棒土的内表面积。并且用酸处理一段时间，氢离子先取代凹凸棒土表面四面体中的铝、铁、镁等金属阳离子，形成胶体状的表面具有反应活性的硅羟基硅酸盐类矿物，随着酸进一步溶蚀，凹凸棒土晶体内部八面体阳离子比四面体中阳离子的交换活性高、溶出速度快[5]。正是由于凹凸棒土的这种不均匀、不连续溶解使得凹凸棒土内部孔道开放，而且孔径增大，利于酸质子进入凹凸棒土孔道内部取代八面体位置上的阳离子形成具有反应活性的硅羟基。但是增加酸的强度和浓度、延长反应时间，会导致凹凸棒土八面体位置上的阳离子全部溶出，使凹凸棒土转变成具有针状形貌的无定形二氧化硅。因此，在酸处理凹凸棒土时，一定要控制好强酸的浓度和反应时间，以获得具有良好性能的凹凸棒土[6]。酸处理的方法很多，有硫酸法、盐酸法以及硫酸-盐酸混合法。一般认为盐酸法易活化、易洗涤，硫酸法成本较低，国内工厂都采用硫酸法，而实验室试验多用盐酸活化。112 凹凸棒土的硅烷偶联剂处理由于凹凸棒土的表面富含SiOH 极性基团，因此可以采用偶联剂对其进行处理。通过偶联剂的偶联作用，使之与涂料基体大分子链彼此相连，形成交联结构，改善凹凸棒土与涂料基体的界面，起到很好的分散作用[7]。有研究发现，凹凸棒土经过硅烷偶联剂改性后，凹凸棒土表面碳的质量百分数从142％升高到363％，与硅烷水解产物的含量相近，说明硅烷被固定到凹凸棒土的表面；硅的质量百分数从146％提高到267％，低于硅烷水解产物的453％，说明凹凸棒土表面的硅烷除了化学键合以外，还有少量的硅烷发生自缩合成聚硅氧烷醇，包覆在凹凸棒土的表面，形成柔性的界面层。经过硅烷处理后的凹凸棒土的表面，不含Fe、A1、Mg 元素，这进一步说明形成了包覆在凹凸棒土表面的聚硅氧烷醇界面层[8-9]。12 主要原材料与仪器设备121 主要原材料及隔热涂料的基本配方本试验用凹凸棒土的平均粒径D 为151 m，偶联剂选用硅烷偶联剂KH550，主要原材料及隔热涂料的基本配方见表1。
122 主要仪器设备（1）通用仪器设备：JL-1155 激光粒度分布测试仪，QS50气流粉碎机，XZM1 型振动磨样机，实验室用分散乳化机等。（2）自制涂料隔热效果测试装置自制涂料隔热性能测试装置是参照美国军标MIL-E-46136（A）所提供的设计方案，并结合自身的测试需求加以改进的。测试装置采用350 W 红外灯模拟室外太阳照射情况，用厚度为5 cm 的聚苯乙烯泡沫箱模拟房屋外墙及室内环境，聚苯乙烯泡沫箱的上表面有一大小和试板相同的卡口，并用温度测试仪测试试板上表面及下表面温度（见图1）。具体测试步骤如下：①将涂有隔热涂料的试板放在聚苯乙烯泡沫箱上方的中心卡口中，涂有隔热涂料的一面向上。②调节红外灯与试板之间的距离为500 mm，并保持红外灯在试板几何中心的正上方。接通电源，每隔5 min 记录试板下表面的温度，直到温度基本没有变化达到平衡时停止记录。
1350W 红外灯；2试板；3聚苯乙烯泡沫箱；4温度测试仪图1 涂料隔热效果测试装置示意
