太阳热反射隔热涂料的研究

kba420

摘要：本文采用正交试验法研究了太阳热反射隔热涂料的工作原理，确定了涂料的各种功能性填料及体系的PVC值，使涂层具有太阳热高反射和高辐射性能，提高了涂料的隔热性能。

关键词：热反射涂料；反射比；辐射率；玻璃微珠；PVC值

0、引言

目前，我国的建筑节能保温多为ETIC(外隔热化合物)外墙保温体系，ETIC外墙保温是由聚合物水泥砂浆、EPS半板、玻璃纤维网格布和饰面涂层组成的集墙体保温和装饰功能于一体的新型构造体系。该系统是在20世纪70年代石油危机发生以后，为最大限度地减少民用、工业建筑和设施的能耗而逐步发展起来的。随着材料和应用技术的不断改进，ETIC外墙保温装饰体系已经成为当今建筑节能墙体中最具有竞争力的体系之一。但因其体系施工繁琐，造价高，不适宜异形复杂构造的施工，并且整个体系中存在大量的EPS板缝，形成了许多热桥，很难进一步提高体系的节能效果。

为降低石油化工储罐及管道等金属表面的温度，须经常向上面淋水降温。所以，研制开发一种薄层反光隔热效果优良、耐沾污性和耐候性良好，并具有一定阻燃作用的高效环保反射太阳热的保温材料，对节约能源、保护环境，具有重要意义。

1、实验部分

1.1实验材料

实验所用的材料分为基料、功能性材料、助剂、颜填料等四大部分。

基料：纯丙乳液(AC-261 罗门哈斯)；硅丙乳液(KD-8 国民淀粉)；苯丙乳液(296D 巴斯夫公司)；EVA乳液(707 北京有机化工厂)。

功能性填料：玻璃微珠、陶瓷微珠(K45 美国3M公司)；二氧化钛(R-706 杜邦公司)；不透明聚合物；煅烧高岭土；红外粉料；阻燃剂等(均为工业品)。

助剂：润湿剂；分散剂；成膜剂；消泡剂；增稠剂；防腐剂；防冻剂等。

1.2仪器设备

小型分散乳化机；B氏黏度计；电子天平；红外线测温仪等。

2、结果与讨论

2.1功能性填料对涂料反光隔热性能的影响

2.1.1微珠种类对涂料隔热性能的影响研制太阳热反射隔热涂料的关键是选择性能优良及粒径合适的功能性填料。在相同配方下，采用不同的功能性填料，测定涂膜的反射比和稳定性能。用波长范围为400～1,000nm的可见光和近红外光测量反射比，并在(50±2)℃的烘箱中烘烤30d测量其热稳定性。检测结果见表1。由表1可见，空心微珠对近红外光的反射比远远高于普通填料，玻璃微珠与陶瓷微珠的反射比接近，陶瓷微珠略高于玻璃微珠，但其贮存稳定性差。所以，选择了玻璃微珠。



表1 微珠与普通填料反射比的对比结果

2.1.2微珠添加量与涂料隔热性能的关系

选择不同添加量的玻璃微珠，用波长为400～1,000nm的可见光和近红外光测量其反射比，用Brookfield黏度计测量涂料的黏度变化情况，检测结果见表2。



表 2 微珠添加量与涂料反射比和黏度的关系

由表2可见，随着空心微珠加量的增加，涂料的反射比也随着增加。涂料的黏度变化比较大，黏度太高会影响涂料的施工性，故微珠的加量在4.5%～6.0%之间较为适宜。

2.1.3微珠粒径对反光隔热性能的影响

微珠粒径与反射入射光的波长有关，对应于最大反射的颗粒直径可用下式计算：




式中：n0-漆基的折射指数；m-颜料的折射指数与n0之比；λ-入射光的波长；d-颜料粒子直径

当微珠的直径与入射光波长的比例(d/λ)为0.1～10时，则颜料表现为菲涅耳型反射。这种反射对温控是有利的。若d/λ<0.1，颜料表现为瑞利散射，对温控无效。

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2.1.4微珠粒径分布对隔热性能的影响

微珠的粒径分布对涂料体系的隔热效果及涂膜性能有一定的影响，粒径大反光隔热效果好，但涂膜表面粗糙、空隙较多，耐沾污性差；粒径小涂膜表面光滑平整，耐沾污性好，但反光隔热效果不好。所以，应选择一合适的粒径搭配，既使涂膜具有良好的隔热效果，又使涂膜表面光滑平整、耐沾污性好，大量试验确定较好的微珠粒径分布为:270目占20%，500目占60%，80目占20%。

2.1.5红外粉料对涂层辐射率的影响

尽管涂层中基料在太阳光下能吸收部分能量，但是最终能以红外辐射方式把吸收的能量辐射出去而起到隔热作用。在涂料中加入适量红外粉料，可以提高涂层的辐射性能，使涂层具有高辐射率(ε>0.9)。

红外粉料吸收了辐射热能而改变和加剧了分子内部的运动，从而使粒子能态级产生从高到低的热发射，从而降低被辐射物的温度。用光谱学分析，物质的分子吸收光子，可使光子的能量完全变为分子的振动、转动的能量，促使了分子的振动、转动能量发生改变、不断使晶格、键团的振动在其相间产生碰撞，使吸收的部分能量以红外辐射的方式返回外部空间。红外粉料的加入量与涂层辐射率的关系见表3。



表3 红外粉料加量与涂层辐射率的关系

由表3可知，通过添加3%～4%的红外粉料可以大大提高涂层的红外辐射能力，使涂层的辐射系数达到0.88以上。加量超过5%时，涂层的辐射系数开始下降。

2.1.6涂膜厚度与热性能的关系

为使涂料达到理想的隔热保温效果，涂膜一般要达到0.2～0.3mm厚度，这样，既增多了涂料用量，增加了施工成本，又使涂料的耐沾污性较差。本文研制的太阳热反射隔热涂料与其他同类产品的厚度与温差对比情况见表4。



表4 太阳热反射隔热涂料与其他同类产品的对比情况

由表4可知，本实验研制的太阳热反射隔热涂料与同类产品相比，涂膜的厚度薄，隔热效果好，且在涂膜达到一定厚度后，其隔热反光效果基本稳定。

2.2乳液品种对涂料性能的影响

涂料的性能是由涂料的组成和结构决定的。由于太阳热反射隔热涂料主要用于建筑物或油罐的外装饰面，故其性能就必须满足外墙的要求良好的耐候性及保色性，优异的附着力及耐沾污性。选用市场上知名度较高的乳液厂家的4种乳液产品作对比，采用相同的基础配方配制的太阳热反射隔热涂料的基本性能如表5所示。



表5 4 种涂料的主要性能对比

式中：x-涂层的沾污率，%

A―涂层的原始反射系数值，%

B―涂层经沾污后的反射系数值，%

由表5可以看出，从涂料的常规性能和反射比指标考虑，涂料d的综合性能指标最好，因此配方中采用乳液d。乳液d为一种硅丙乳液，在有机涂料中引进无机性的硅氧结构，大大改进涂料的性能。有机硅树脂主链为Si-O键，键能为452kJ/mol，而一般乳胶漆分子主链C-C键，键能为356kJ/mol，因此，能有效抵御紫外线对涂膜的光氧化降解，所以有机硅改性乳胶漆具有令人满意的耐久性。有机硅树脂分子由于具有有机基团，同时分子对称性高，极性相互抵消，整个分子呈非极性，从而使其具有很低的表面张力，使涂膜具有很好的斥水性能。一方面能对建筑物起到有效的保护，另一方面又能提高涂膜的耐沾污性。斥水性好的涂膜吸水性低，进入涂膜毛细孔的灰尘少，耐沾污性提高。有机硅树脂由于具有硅氧骨架结构，所以涂膜透气性好。另外，有机硅树脂Si-O主链成螺旋状，其基团在界面能定向排列，与基层硅酸盐类材料还可交联，形成化学键，因此大大改善了涂膜与基层之间的粘结，从而提高了涂膜的附着力。

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2.3PVC值与涂料综合性能的关系

在低PVC涂料中，颜料粒子分散在基料聚合物的连续相里，形成所谓“海-岛”结构。但随着颜料和填料的增加，PVC超过某一极限值时，基料聚合物就不能将颜料和填料粒子之间的空隙完全充满，这些未被填充的空隙就潜藏在涂膜中，因而涂膜的物性以该PVC的极限为界限，开始急剧下降，此时的PVC称为CPVC。所以高性能或外用涂料配方的PVC一般不应超过CPV，否则涂膜许多物性将受到不利影响。PVC和涂膜性能的关系如图1所示。



图1 颜料体积分数和涂膜性能的关系

1-起泡性；2-光泽；3-透气透水性；4-生锈性

实验证明，当PVC值在40%～50%之间时，漆膜呈现菲涅耳反射，大大提高了涂膜对太阳光的反射比。若PVC值较高，接近漫反射，不利于涂膜对太阳光的反射。

2.4助剂的选择

考虑到阻燃剂必须具有与体系的相容稳定性好和满足涂料的pH值要求，经过大量试验从卤系、锑系、无机磷系、硼系(硼酸锌)、金属氢氧化物等阻燃剂中，选用了氢氧化镁(MH)作为阻燃剂，使涂料既具有一定的阻燃性能，又可调节涂料的pH值，节省了pH值调节剂。

3、结语

该涂料利用涂膜中的特种材料组合，对光和热具有很高的反射和耗散作用，大大降低被涂物体表面温度。不仅可以减少结构热应力引起的温差收缩变形，提高结构的抗裂、抗渗和耐久性，而且可使通过屋顶和外墙进入室内的热量显著减少，提高了环境的热舒适度，节约能源。另外，涂料干燥后，中空微珠紧密排列起来，形成一个完整的空心隔离层，它不仅具有良好的隔热效果，还具有优异的隔音效果，能够明显减少外部噪音，使室内安静舒适。

                                                                 王金台,路国忠

ygh126

是一片硕士论文吧？我好像见过，你也没给出下载地址呀？
那位想要的请找我。

ygh126

把你的qq给我，我给你们传

fih2288

楼上的传什么上来呀

gaozhch

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ygh126 发表于 2008-10-24 09:37

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我导师让我做这个当毕业论文，请多多指教！

tywjwtx

这是一篇论文,可参考,照此做出来基本上价格也不低

tywjwtx

不过说实话,这在隔热涂料论文中是最完善的最实际的一篇了

tansheng

4# ygh126
我的QQ是:109481655
可以传太阳热反射隔热涂料的研究给我看看吗
我们也正在开发这个产品

tywjwtx

这个红外粉料主要是指什么，二氧化钛不就是吗

abaozheng

啥都别加，纯二氧化钛最好，当然金属颜料更好。

mm1971

能否传一份给我？我的QQ是108950451.谢谢

shanghaiyutang

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