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摘 要：通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和自制隔熱檢測裝置確定了最佳實(shí)驗(yàn)方案，自制水性薄型熱反射隔熱保溫涂料的性能達(dá)到了建筑外表面用熱反射隔熱涂料標(biāo)準(zhǔn)（JC/T 1040-2007）的要求，其中兩項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)太陽反射比（白色）和半球發(fā)射率均高于標(biāo)準(zhǔn)要求。
關(guān)鍵詞：水性涂料；隔熱保溫涂料；太陽反射比；半球發(fā)射率
0 前言
節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益是科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)的基本目標(biāo)之一，涂料技術(shù)也不例外。20世紀(jì)70年代后，世界氣候變暖，地球資源日趨枯竭。
保溫技術(shù)向高效、薄層、隔熱防水戶外一體化方向發(fā)展，如何充分利用傳熱機(jī)理研制新型節(jié)能材料是重要發(fā)展方向。薄層隔熱保溫涂料不僅自身熱阻大、導(dǎo)熱系數(shù)低，而且熱反射率很高，能有效地降低輻射傳熱及對(duì)流，并可與傳熱多孔保溫材料復(fù)合使用，提高保溫效率。因此，開發(fā)水性薄型熱反射隔熱保溫涂料具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 原材料
pH調(diào)節(jié)劑，進(jìn)口；分散劑，進(jìn)口；消泡劑，進(jìn)口；成膜助劑，國產(chǎn)；金紅石型鈦白粉，進(jìn)口；空心玻璃微珠，進(jìn)口；空心陶瓷微珠，進(jìn)口；隔熱粉，京紅化工；純丙乳液，國產(chǎn)；硅丙乳液，國產(chǎn)；增稠劑，進(jìn)口；殺菌劑，進(jìn)口；防霉劑，進(jìn)口。
1.2 儀器和設(shè)備
高速分散機(jī)；斯托默粘度計(jì)；電子天平；烘箱；數(shù)顯溫度計(jì)；自制隔熱檢測裝置等。
1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.3.1 乳液和鈦白粉加量的確定
利用正交設(shè)計(jì)法，制定一個(gè)3因素2位級(jí)的L4（23）正交表（表1），確定乳液和鈦白粉的加量。
表1 L4（23）正交實(shí)驗(yàn)表
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硅丙乳液
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純丙乳液
|
鈦白粉
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隔熱效果檢測（詳見1.4）
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正-反（溫差）/℃
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||||
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1
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1（20）
|
1（20）
|
1（20）
|
67-54（13）
|
|
2
|
2（15）
|
1（20）
|
2（15）
|
69-59（10）
|
|
3
|
1（20）
|
2（15）
|
2（15）
|
69-58（11）
|
|
4
|
2（15）
|
2（15）
|
1（20）
|
69-57（12）
|
結(jié)論：1號(hào)實(shí)驗(yàn)隔熱效果較好，且涂膜外觀也最好，所以選擇1號(hào)實(shí)驗(yàn)乳液和鈦白粉的加量。
1.3.2 功能性填料加量的確定
通過以上實(shí)驗(yàn)確定了乳液和鈦白粉的加量后，利用正交設(shè)計(jì)法，制定一個(gè)4因素3位級(jí)的L9（34）正交實(shí)驗(yàn)表（表2），確定功能性填料的加量，并確定最終配方。
表2 L9（34）正交實(shí)驗(yàn)表
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玻璃微珠
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陶瓷微珠
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超細(xì)重鈣
|
隔熱粉
|
隔熱效果檢測（詳見1.4）
|
|
正-反（溫差）/℃
|
|||||
|
1
|
1（2）
|
1（2）
|
3（9）
|
2（4）
|
62-52（10）
|
|
2
|
2（5）
|
1（2）
|
1（3）
|
1（2）
|
61-50（11）
|
|
3
|
3（8）
|
1（2）
|
2（6）
|
3（8）
|
58-47（11）
|
|
4
|
1（2）
|
2（5）
|
2（6）
|
1（2）
|
59-48（11）
|
|
5
|
2（5）
|
2（5）
|
3（9）
|
3（8）
|
58-45（13）
|
|
6
|
3（8）
|
2（5）
|
1（3）
|
2（4）
|
56-36（20）
|
|
7
|
1（2）
|
3（8）
|
1（3）
|
3（8）
|
50-45（14）
|
|
8
|
2（5）
|
3（8）
|
2（6）
|
2（4）
|
58-42（16）
|
|
9
|
3（8）
|
3（8）
|
3（9）
|
1（2）
|
60-43（17）
|
結(jié)論：在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中性能指標(biāo)的前提下，6號(hào)實(shí)驗(yàn)配方隔熱效果最好，所以選擇6號(hào)實(shí)驗(yàn)配方為功能性填料的最佳加量。
1.4 隔熱效果檢測
制板涂膜干膜厚度均為300 μm，分別放入自制的檢測裝置內(nèi)（圖1），在同一功率的光源下，光照相同的時(shí)間后，用靈敏度為0.1 ℃的數(shù)顯溫度計(jì)分別測量樣板的正面溫度和反面溫度，通過正反面的溫度差，考察隔熱效果（見表2），6號(hào)實(shí)驗(yàn)樣板隔熱效果最好，確定6號(hào)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為最佳實(shí)驗(yàn)方案。
圖1 隔熱檢測裝置（自制）
1.5 配方
6號(hào)實(shí)驗(yàn)配方見表3。
表3 6號(hào)實(shí)驗(yàn)配方
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原 料
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規(guī) 格
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用量/%
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|
去離子水
|
自制
|
15
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pH調(diào)節(jié)劑
|
進(jìn)口
|
0.1
|
|
分散劑
|
進(jìn)口
|
1
|
|
消泡劑
|
進(jìn)口
|
0.1
|
|
成膜助劑
|
國產(chǎn)
|
1.2
|
|
金紅石型鈦白粉
|
進(jìn)口
|
20
|
|
空心玻璃微珠
|
進(jìn)口
|
8
|
|
空心陶瓷微珠
|
進(jìn)口
|
5
|
|
隔熱粉
|
京紅化工
|
4
|
|
超細(xì)重鈣
|
國產(chǎn)
|
3
|
|
硅丙乳液
|
進(jìn)口
|
20
|
|
純丙乳液
|
國產(chǎn)
|
20
|
|
增稠劑
|
進(jìn)口
|
0.45
|
|
防凍劑
|
國產(chǎn)
|
2
|
|
殺菌劑
|
進(jìn)口
|
0.1
|
|
防霉劑
|
進(jìn)口
|
0.05
|
|
合計(jì)
|
--
|
100.00
|
1.6 樣板制備及性能檢測
1.6.1 樣板的制備
配料 → 充分分散 → 制漿 → 制漆 → 制樣板 → 檢測性能。
1.6.2 性能檢測
涂料的技術(shù)指標(biāo)見表4。
表4 涂料的技術(shù)指標(biāo)
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檢測項(xiàng)目
|
技術(shù)指標(biāo)
|
檢測結(jié)果
|
|
細(xì)度/μm
|
≤ 50
|
50
|
|
pH值
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8~9
|
9
|
|
固體含量/%
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60±2
|
61.5
|
|
黏度/KU
|
90±2
|
89
|
按建筑外表面用熱反射隔熱涂料標(biāo)準(zhǔn)（JC/T 1040-2007）進(jìn)行隔熱性能檢測，結(jié)果見表5。
表5 涂膜性能檢測結(jié)果
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檢測項(xiàng)目
|
技術(shù)指標(biāo)
|
檢測結(jié)果
|
執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
|
|
涂膜外觀
|
無針孔、流掛，涂抹均勻
|
通過
|
--
|
|
低溫穩(wěn)定性
|
無硬塊、凝聚及分離
|
通過
|
--
|
|
表干時(shí)間/h
|
≤ 2
|
通過
|
GB/T 1728-1979 |
|
耐堿性
|
48 h無異常 |
通過
|
GB/T 9265 |
|
耐水性
|
96 h無異常 |
通過
|
GB/T 1733-1993 |
|
耐洗刷性/次
|
2000
|
8000
|
GB/T 9266 |
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涂層耐溫變性
|
5次循環(huán)無異常
|
通過
|
JQ/T 25-1999 |
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耐人工老化性（400 h）
|
不起泡、不剝落、無裂紋，粉化≤ 1級(jí)，變色≤ 2級(jí)
|
1000 h，粉化≤1級(jí)，變色≤1級(jí) |
GB/T 1865-1997 |
|
太陽反射比（白色）
|
≥ 0.83
|
JC/T 1040-2007 |
|
|
半球反射率
|
≥ 0.85
|
JC/T 1040-2007 |
2 結(jié)果與討論
2.1 乳液的選擇
本實(shí)驗(yàn)選取了對(duì)可見光和近紅外光吸收率低及耐候性、耐水性好，表面張力相對(duì)較低，附著力優(yōu)異，安全環(huán)保的硅丙乳液和純丙乳液相配合使用，獲得了較好的涂膜外觀和優(yōu)異的理化性能。
2.2 功能性填料的選取
研制薄型熱反射隔熱保溫涂料的關(guān)鍵是選取性能優(yōu)良及粒徑合適的功能性填料，空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠對(duì)近紅外光的反射比＞ 90 %，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他普通涂料，兩種原因因其空心結(jié)構(gòu)，具有導(dǎo)熱系數(shù)小、折光指數(shù)高、隔熱性能好、環(huán)保無毒、耐高溫、耐腐蝕等特性，其隔熱保溫效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他普通填料，通過正交設(shè)計(jì)確定了兩種原料的最佳加量比例。
2.3 顏填料的選取
本實(shí)驗(yàn)對(duì)填料有特殊的光學(xué)性能要求，必須以增強(qiáng)涂膜的光反射隔熱性能要求，必須以增強(qiáng)涂膜的光反射隔熱性能為前提，以提高涂膜的反射率和發(fā)射率為目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)中選取了折光率高和吸收率小的金紅石型鈦白、重鈣和隔熱粉3種顏填料相結(jié)合使用，與空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠搭配使用，使涂膜具有較高的太陽反射比（白色）和半球發(fā)射率。
2.4 助劑的選擇
本實(shí)驗(yàn)選取了無毒、無味、環(huán)保型的pH調(diào)節(jié)劑，得到相對(duì)穩(wěn)定的涂料體系；其他助劑的加入，也增強(qiáng)了涂料的貯存穩(wěn)定性，得到較好的涂膜外觀和優(yōu)異的性能。
3 結(jié)語
本課題研制的水性薄層熱反射隔熱涂料具有較高的的太陽光反射比（白色）和半球發(fā)射率，隔熱保溫效果好，屬于環(huán)保節(jié)能涂料，材料來源廣泛，施工工藝簡單，具有良好的防水性和防腐性，可用于石油化工行業(yè)儲(chǔ)罐、成品油罐及外墻的隔熱保溫，綜合經(jīng)濟(jì)效益高。
