王兆安 姜显华 王 坤
（山东乐化集团有限公司，潍坊 262412）
摘 要：介绍了外墙重涂用热反射隔热涂料的制备及性能研究。该涂料以醇溶性丙烯酸树脂为基料，以乙醇、丁醇为溶剂，在水性、油性外墙涂料旧涂膜上均可覆涂，对环境污染轻。试验表明，涂膜的热反射隔热效果、耐水性、耐洗刷性、耐沾污性、涂层耐温变性及人工老化性能好，具有良好的节能、装饰作用，适用于住房、工厂等旧外墙重涂用涂装。
关键词：醇溶性丙烯酸树脂；外墙重涂；节能；环保；陶瓷微珠；热反射隔热涂料
0 前言
太阳能给地球生命提供了生存条件，但强烈的热辐射也给人类生活环境带来很多不便，建筑物外墙在夏季经太阳曝晒后温度均出现不同程度的上升，导致生活与工作环境恶劣。空调、冷气机和电风扇等设施致冷降温，耗用大量的能源，所耗能量大部分又是煤炭火力发电产生，消耗煤炭，同时产生大量的二氧化碳等温室气体，加剧了全球气候变暖，如此恶性循环造成环境越来越恶化，对节能的重视和强制性推行，使建筑物用热反射隔热涂料得到人们重视。
随着建筑节能标准的出台，发展低能耗、保温隔热性能好的新型材料成为主流趋势，建设部从2007年起全面推行节能建筑认证体系。现在正值上世纪90年代及2000年左右商品房内外墙重涂高峰时期，这一时期的房屋墙体大部分没有做保温处理，若外墙重涂上热反射隔热涂料，就会很大程度上降低空调的使用时长。国内有涂料厂家生产水性热反射隔热涂料，用于新建筑外墙涂装。本文介绍了一种以醇溶性热塑性丙烯酸树脂为基料的热反射隔热涂料，主要针对旧墙面重涂返新涂装，涂料本身不含苯类、酯类、酮类溶剂，环境污染轻，对水、油性旧涂层没有不良反应，涂装方便，涂膜薄，热反射、隔热效果良好。
1 试验部分
1.1 试验用原材料和设备
醇溶性丙烯酸树脂A（Tg=23℃）、醇溶性丙烯酸树脂B（Tg=55℃）、钛白粉（金红石型）、空心玻璃微玻、空心陶瓷微珠、硅烷偶联剂、分散剂、消泡剂、流平剂、乙醇、异丙醇及丁醇等。
高速分散机、砂磨机、刮板细度计、涂-4黏度杯、BYK-Gardner 3430多用途干膜检验仪、隔热温差试验玻璃箱（自制）、温度计。
1.2 基本配方
白色热反射隔热涂料配方见表1。
表1 涂料配方
原材料名称 | w/% |
醇溶性丙烯酸树脂A | 25～35 |
醇溶性丙烯酸树脂B | 20～25 |
钛白粉 | 20～25 |
空心玻璃微珠 | 4～6 |
空心陶瓷微珠 | 8～12 |
硅烷偶联剂 | 0.5～1 |
分散剂 | 0.5～0.8 |
消泡剂 | 适量 |
流平剂 | 适量 |
异丙醇 | 8～14 |
1.3 制备工艺
按配方比例称取原材料，将硅烷偶联剂用异丙醇开稀，分成两分，然后分别加入空心玻璃微珠与空心陶瓷微珠，浸泡24h；将醇溶性丙烯酸树脂A、钛白粉、浸泡后的空心陶瓷微珠及助剂加入制漆罐中，高速搅拌均匀后，用砂磨机研磨至细度合格后，向制漆罐中加入醇溶性丙烯酸树脂B及浸泡后的空心玻璃微珠，慢速搅拌均匀，过滤，包装。
2 技术性能测试
2.1 常规性能测试
以相应的检测标准为依据，对热反射隔热涂料的常规性能进行了测试，结果如表2所示。从表2中的性能指标可以看出，所制热反射隔热涂料施工性、耐水性、耐洗刷性、耐沾污性、涂层耐温变性及人工老化性能好，满足GB/T9757-2001《溶剂型外墙涂料》[1]的性能要求。
表2 涂料的常规性能
检测项目 | 实测结果 | 检测标准 |
容器中状态 | 无硬块，搅拌后呈均匀状态 | 目测 |
细度/μm | 研磨阶段细度≤60 | GB /T 1724-1979(1989) |
黏度（涂-4杯，25℃）/s | 85-90 | GB/T1723-1993 |
施工性 | 重涂无障碍；在水性、油性旧涂层上覆涂无障碍 | 刷涂、喷涂或辊涂，目测 |
干性[（23±2）℃]/h | 表干 ≤1 | GB/T1728-1979（1989） |
实干 ≤24 | ||
涂膜外观 | 正常 | 目测 |
耐水性 | 168h无异常 | GB/T 1733-1993 |
耐碱性 | 48h无异常 | GB/ T 9265 |
耐洗刷性 | ≥3000次 | GB/T 9266 |
耐沾污性（白色）/% | ≤10 | GB/T9780-2005刷涂法 |
涂层耐湿冷热循环性（5次） | 无异常 | JG/T25-1999 |
耐人工气候老化性（白色） | 500h不起泡、不剥落、无裂纹 | GB/T 1865-1997 |
粉化/级 | ≤1 | |
变色/级 | ≤2 | |
贮存期/月 | 12 | GB/T6753.3-1986 |
2.2 热反射隔热性能试验
将涂料搅拌均匀后，用乙醇、丁醇混合溶剂稀释到喷涂黏度，喷涂在尺寸为40mm×40mm×1mm的铝板表面，喷涂2遍，干膜厚度在60～80μm，完全固化7d后，按GJB2502.2-2006《航天器热控涂层试验方法 第2部分：太阳吸收比测试》[2]中的方法进行太阳光反射比测试及按GJB2502.3-2006《航天器热控涂层试验方法 第3部分：发射率测试》[3]中的方法进行半球发射率测试，试验结果见表3。
表3 涂料的热反射性能
检测项目 | 实测结果 | 检测标准 |
太阳光反射比（浅色） | 0.83 | GJB2502.2-2006 |
半球发射率（浅色） | 0.86 | GJB2502.3-2006 |
由表3的试验结果可以看出，该涂料的热反射性能优于GB/T2561-2010《建筑用反射隔热涂料》标准中的指标要求[4]。
2.3 隔热温差试验
热反射隔热涂料的隔热温差采用自制的隔热温差试验玻璃箱进行对比测试。
图1：自制隔热温差试验玻璃箱实物图
隔热温差试验箱：将0.5cm厚的普通玻璃切割成长、宽均为50cm的方块，然后将这些玻璃块用玻璃胶粘贴成密闭的正方体玻璃箱，一侧玻璃中心位置切割一直径为1cm的小孔，用于插带橡胶塞的温度计，底座为内衬隔热泡沫的纸箱，以前少地面温度对箱内温度的影响。图1为自制隔热温差试验玻璃箱实物图。
检测方法：将三个隔热温差试验玻璃箱分别标记为A、B、C，在A的外表面喷涂白色热反射隔热涂料，B外表面喷涂未加隔热材料的白色丙烯酸涂料，C外表面不喷涂油漆。A、B喷涂油漆后养护7天，在A、B、C三只玻璃箱上分别插入量程为100℃，精度为1℃的温度计，然后在7月份前后的晴朗中午，三只试验箱连同底座放在户外，测试隔热温差效果。
表4为在中午12点至14点阳光照射最强烈的时段所做的测试记录。测试前，A、B、C隔热温差试验玻璃箱内的温度计初始读数均为28℃，室外环境温度为38℃，风力大约3级。
表4 隔热温差试验记录
时间/min | A箱内温度/℃ | B箱内温度/℃ | C箱内温度/℃ |
0 | 28 | 28 | 28 |
5 | 31 | 33.5 | 37 |
10 | 33 | 38 | 44 |
20 | 34 | 39.5 | 47 |
30 | 36 | 40 | 51 |
40 | 37 | 41.5 | 52 |
50 | 39 | 43 | 53 |
60 | 40 | 45 | 53 |
70 | 41 | 47.5 | 53.5 |
80 | 41 | 49 | 53.5 |
90 | 41 | 49 | 53.5 |
从表4中可以看出，在30～40min时间段，A、C箱内温差最大，达到15℃，到70min后，温差基本恒定在12.5℃；A、B箱内温差开始在5℃左右徘徊，80min后趋于稳定，达到最大值，相差8℃；B箱与C箱开始温度相差较大，在30min时达到11℃，但随后温差开始减小，最终恒定在4.5℃（下午15点之后，A、B、C箱内温度均开如下降）。试验结果表明热反射隔热涂料比普通涂料有明显的隔热降温效果。
3 配方设计及分析
关于热反射隔热涂料的配方设计原理及影响热反射隔热性能的因素如颜填料、成膜物质、涂料的PVC值等在刘登良主编的第四版《涂料工艺》中有较为详细的讲解[5]，在此不再赘述。这里主要分析所用醇溶性丙烯酸树脂、空心微珠及硅烷偶联剂对涂膜性能的影响。
3.1 丙烯酸树脂的选择
由于上世纪90年代及2000年左右的商品房外墙大部分开始使用乳胶漆及单组分丙烯酸外墙漆，现在重涂用涂料需在旧涂膜上有良好的适应性。水性涂料虽然环保，但其施工性差及某些性能明显降低。本研究选择用醇溶性热塑性丙烯酸树脂作为成膜物质，涂膜具有常用单组分丙烯酸漆的性能特点；用乙醇、丁醇类溶剂作为稀释剂，不仅对环境污染轻，而且对水性、油性旧涂层没有不良反应，通过调节溶剂挥发速度，在不同季节均可施工。另外，将A、B两种玻璃化温度分别为23℃和55℃的醇溶性丙烯酸树脂按比例搭配使用，兼顾了涂膜的低温抗开裂性和高温抗回黏性。
3.2 空心微珠的选择
空心微珠是影响涂膜热反射隔热性的关键材料。选用空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠作为隔热填料，不仅具有良好太阳热反射效果，而且利用其特有的球型中空结构中的无数空腔，形成了一层对热具有阻隔效果的连续“绝热”层，阻断了“热桥”，从而使涂层具有良好的隔热效果，降低热传递发生，即使涂层表面脏了或暗了，同样可以阻止热从表面导入。
空心玻璃微珠为薄壁多孔结构，抗压强度低(一般为100～350kg/m)，在高剪切作用下易破碎，降低隔热效果，因此，在调漆的后期慢速搅拌加入。空心陶瓷微珠，球体壁坚硬，抗压强度高(1 000～7 000 kg/m )，在高速分散、研磨过程中，球体完整无损，因此可以在研磨阶段加入，便于更好的分散。空心玻璃微珠的微粒具有较好的冷热收缩性，从而增强涂层的弹性，大大减少在部分寒冷地区，涂层因受热胀冷缩而引起开裂和脱落的机会。本研究选择适宜型号的空心玻璃微珠与空心陶瓷微珠搭配使用，涂层厚度在60～80μm 就具有良好的热反射隔热效果，而且涂层平整光滑。
3.3 硅烷偶联剂的作用
硅烷偶联剂由于其分子中同时具有能和无机质材料（如玻璃、硅砂、金属等）化学结合的反应基团及与有机质材料（合成树脂等）化学结合的反应基团。因此，可在无机物质和有机物质的界面之间架起“分子桥”，把两种性质悬殊的材料连接在一起，提高复合材料的性能和增加粘接强度的作用[6]。本研究在空心玻璃微珠及空心陶瓷微珠加入前，先用硅烷偶联剂的异丙醇溶液进行浸泡，让硅烷偶联剂均匀地附在空心微珠表面，提高了空心微珠的分散稳定性及粘结力。
另外，醇溶性丙烯酸树脂由于羧基含量高，耐水性差，硅烷偶联剂的加入，大大提高了涂膜的耐水性。
4 施工工艺
4.1 旧涂层处理
先用自来水对旧涂层清洗一遍；对疏松、起泡或生长霉菌、苔藓的地方用铲刀清除干净，用防水腻子批刮平整；然后整体打磨一遍，除去粉尘。
4.2 涂装方法
使用前先将涂料搅匀(机械搅拌或人工搅拌均可, 约5- 10分钟)，根据不同的季节及施工方式，用乙醇、丁醇混合溶剂稀释到适合的施工粘度。视工程具体要求，可以采取辊涂、刷涂、无气喷涂或空气喷涂的方式进行施工。涂装间隔3～4h[（23±2）℃]，涂膜厚度控制在60～100μm。
5 结 语
（1）以醇溶性热塑性丙烯酸树脂为成膜物质所研制的单组分热反射隔热涂料，以乙醇、丁醇混合溶剂为稀释剂，制备及施工过程对环境污染轻，工艺简单。该漆覆涂于水性、油性外墙涂料旧涂层上附着力好，没有咬漆、起鼓等不良反应，适用于住房、工厂等外墙重涂用涂装。
（2）本研究所制热反射隔热涂料各项性能指标符合GB/T2561-2010《建筑用反射隔热涂料》及GB/T9757-2001《溶剂型外墙涂料》标准中的指标要求。如果大范围推广，不仅可节能减排，也可缓解城市热岛效应；另外，由于涂膜的太阳光反射功能，可以减慢涂膜降解速度，提高涂膜使用寿命。
参考文献
[1] GB/T9757-2001，溶剂型外墙涂料[S]
[2] GJB2502.2-2006，航天器热控涂层试验方法 第2部分：太阳吸收比测试[S]
[3] GJB2502.3-2006，航天器热控涂层试验方法 第3部分：发射率测试[S]
[4] GB/T2561-2010，建筑用反射隔热涂料[S]
[5] 刘登良.涂料工艺（上册）[M].4版.北京:化学工业出版社，2009:846-850
[6] 陈兴娟等.环保型涂料生产工艺及应用[M].北京:化学工业出版社，2004:458-463
摘选自2013年山东省涂料行业协会年会论文集
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