灰色系反射隔熱涂料的研究

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灰色系反射隔熱涂料的研究

沈志明1,2，李安寧1,2，李晴1,2，李娟1,2，殷蕾1（1.江蘇豐彩新型建材有限公司，江蘇南京2111002.江蘇省既有建筑綠色化改造工程技術(shù)研究中心，江蘇南京211100）

       近年來，建筑節(jié)能受到政府和廣大人們的重視，通過在建筑物表面涂敷1層反射隔熱涂料，可以有效的將太陽光中90%以上的熱量反射出去，從而降低傳入到室內(nèi)的熱量，大大降低空調(diào)使用率。目前關(guān)于反射隔熱涂料的研究文章大多針對白色系反射隔熱涂料， 然而白色建筑僅占20%左右，不能滿足人們對灰色及彩色反射隔熱外墻建筑的大量需求。本文利用三原色原理，通過篩選不同種類反射紅外波長的色漿并復(fù)配出黑色色漿，研究了互補黑色色漿含量對反射隔熱涂料的明度值及其反射隔熱涂料性能的影響，并與進(jìn)口反射紅外顏料進(jìn)行隔熱性能對比分析，對灰色反射隔熱涂料研究具有一定的促進(jìn)作用。

實驗的主要原料：丙烯酸彈性乳液，顏填料（金紅石型鈦白粉，陶瓷粉，云母粉），潤濕劑，分散劑，增稠劑，消泡劑，成膜助劑，水等，如表1所示；實驗儀器如表2。

反射隔熱彈性涂料主要實驗原材料

實驗設(shè)備與儀器

涂料的基礎(chǔ)配方如表3。

       （1）白色基礎(chǔ)反射隔熱涂料的制備

       依次將水、潤濕劑、分散劑、消泡劑、成膜助劑、PH調(diào)節(jié)劑依次加入塑料攪拌杯中，攪拌5min~10min至均勻；在上述均勻溶液中，依次加入顏填料（金紅石鈦白粉，陶瓷粉，云母粉），在1200r/min~5000r/min的轉(zhuǎn)速下高速攪拌20min~30min獲得分散體系；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為800r/min~1200r/min，在上述分散體系中， 加入彈性丙烯酸乳液， 攪拌時間為15min~20min;調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為250r/min~400r/min,加入防霉劑、增稠劑、繼續(xù)攪拌10min~15min即獲得白色反射隔熱彈性涂料。

反射隔熱涂料基礎(chǔ)配方

      （2） 調(diào)色反射隔熱涂料的制備

       稱取一定量的互補色漿加入到上述基礎(chǔ)涂料中， 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為800 r/min，攪拌時間為20min，通過斯托默粘度計檢測粘度并控制在90±2KU。

       實驗中，基于上述白色反射隔熱涂料基礎(chǔ)配方，通過調(diào)節(jié)不同種類色漿互補出黑色色漿以制備反射隔熱涂料，試驗中調(diào)節(jié)各種色漿的比例并控制其涂料的明度值基本一致，檢測互補黑色色漿的太陽反射性能。實驗結(jié)果如表4。

不同種類色漿互補黑色色漿的太陽反射性能

       從表4中可以看出，單獨采用鐵黑及炭黑色漿對涂料的太陽反射比很小， 采用紅外反射鉻鐵黑顏料所制備的涂料具有一定反射太陽光能力， 由于顏料自身在紅外線波段相比與鐵黑和炭黑具有較高的反射能力， 而利用三原色互補出的黑色色漿對涂料的太陽反射比具有明顯的提高作用，可能是因為鐵紅，鐵黃，群青，酞青藍(lán)等色漿在紅外線波段780nm~2500nm具有較強的反射能力，不同顏料的反射光譜相互疊加，提升了整體的互補黑色漿對太陽光反射的能力，通過篩選1號鐵紅+鐵黃+群青獲得最佳的太陽反射比。

       反射隔熱涂料明度值與黑色漿的含量成反比關(guān)系，明度值越高，黑色漿含量越少，根據(jù)最近標(biāo)準(zhǔn)JG/T235-2014規(guī)定了不同明度值下反射隔熱涂料的太陽反射比的最低值。

       在實驗中， 我們通過調(diào)整鐵紅+鐵黃+群青互補黑色漿在涂料中的比例分別為0.1%，0.5%，1%，3%，5%時， 獲得了一系列反射隔熱涂料明度值， 并依此獲得涂料的反射性能情況如表5。

不同明度值的反射隔熱涂料性能

       從表5中可以看得出紅+黃+藍(lán)互補黑色漿在涂料比例不斷增加，涂料的明度值逐漸降低，太陽反射比也同樣發(fā)生降低，涂料的反射性能與色漿的添加量呈反比，近紅外反射比也發(fā)生一定的降低，在明度值很低的情況下，仍然具有較高的反射紅外線的能力，這與普通炭黑，鐵黑顏料相比具有較高的反射隔熱性能。

        涂料的隔熱性能依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JG/T235-2008中隔熱溫差的試驗裝置進(jìn)行實驗，對比1號市售普通鐵黑色，2號進(jìn)口反射紅外色漿及3號自制互補色漿進(jìn)行隔熱溫差試驗，試驗檢測背板的溫度。實驗中保證所制備的涂料的明度值均為36。試驗結(jié)果如圖1和圖2所示。

       不同色漿制備的反射隔熱涂料隔熱性能,不同黑色漿對反射隔熱涂料太陽反射率的影響

       從圖1中可以看出，1號市售普通鐵黑色漿所制備的隔熱涂料，隔熱效果較差，在模擬紅外燈的照射下，樣品的背板溫度接近60℃， 而3號進(jìn)口反射紅外色漿所制備的涂料，隔熱效果突出，溫度接近45℃，采用自制的紅黃藍(lán)互補黑色漿進(jìn)行調(diào)色的2號樣品獲得最好的隔熱效果，樣板背板溫度僅為42℃。市售普通鐵黑色漿對光譜全吸收，因此背板吸熱較多。3號樣品為進(jìn)口反射紅外色漿反射率情況，進(jìn)口反射紅外色漿在成分上是由單一的鉻鐵黑尖晶石晶型， 僅對紅外波段的光線具有較高的反射， 從數(shù)據(jù)可以看出所制備的涂料僅在1200nm~2500nm之間具有較高的反射紅外能力，但是在此區(qū)間的太陽光譜的能量分布情況卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于可見光區(qū)域420nm~780nm及近紅外780nm~1200nm區(qū)間的熱量分布情況。而自制2號互補黑色漿，通過對紅黃藍(lán)色漿在太陽光下對光譜進(jìn)行疊加反射， 圖2所示為2號樣品在可見光區(qū)域420nm~780nm及近紅外780nm~1200nm獲得較高的太陽反射率，而這光譜區(qū)間為太陽光譜熱量最高的區(qū)域，整體提升了紅，黃，藍(lán)色漿反射太陽光波段的能力，特別在太陽熱量分布區(qū)間較多的紅外光波段具有較高的反射能力，因此隔熱效果最好。

       按照國家標(biāo)準(zhǔn)JG/T235-2014《建筑反射隔熱涂料》進(jìn)行涂料檢測，送檢結(jié)果如表6，實驗結(jié)果均通過項目考核指標(biāo)。

反射隔熱彈性涂料基本性能

        通過篩選不同廠家色漿互補出黑色漿并與市售普通黑色漿及進(jìn)口紅外反射色漿進(jìn)行反射隔熱涂料的性能對比，鐵紅+鐵黃+群青獲得優(yōu)異的性能。紅+黃+藍(lán)互補黑色漿在涂料比例不斷增加，涂料的明度值逐漸降低。但其在明度值很低的情況下相比進(jìn)口紅外反射鉻鐵黑色漿， 仍然具有較高的反射紅外線的能力， 當(dāng)明度值為36時， 太陽反射比為0.386,近紅外發(fā)射比為0.672，其隔熱效果優(yōu)異于市售普通黑色色漿及進(jìn)口紅外反射黑色漿。