蔡 鹏
（江西省建筑材料工业科学研究设计院，南昌 330001）
摘要： 采用优质乳液为基料，以空心玻璃微珠、陶瓷微珠和纳米金属氧化物为功能填料，研制开发了高耐沾污的反射隔热涂料，同时添加无机纳米颜料，制得不同明度的反射隔热涂料，并对其太阳光反射比、半球发射率和隔热温差进行测试。结果表明：高明度反射隔热涂料具有较高的太阳光反射比和半球发射率，隔热温差明显，节能效果突出。
关键词： 反射隔热涂料； 太阳光反射比； 半球发射率； 明度； 隔热温差
0 引言
太阳的照射给人类的生存和生活提供了必备条件，但夏季太阳的强烈辐射，给人类的生活和工作带来了极大的不便。反射隔热涂料是一种新型节能装饰涂料，用于建筑物表面以达到降低建筑物内部温度、减少空调等能源消耗的目的。目前建筑反射隔热涂料按作用机理分为阻隔型、反射型和辐射型隔热涂料等3种类型。最理想的反射隔热涂料是具有3种隔热机理协同作用的涂料，以获得良好的隔热效果[1]。此外，随着纳米粉体技术的发展，纳米功能颜料的不断涌现，在涂料中添加适量的无机纳米颜料，可使建筑反射隔热涂料的综合性能大幅提升。因此，研制不同明度纳米建筑反射隔热涂料，满足不同客户需求，对于促进建筑节能、环保具有重要意义。
1 试验部分
1.1 原材料
乳液：市售；金红石钛白粉R-902：杜邦公司；煅烧高岭土（1 250目）：宜兴市诚质化工原料有限公司；玻璃微珠（10 ～ 30 μm）：广州伊高化工有限公司；纳米金属氧化物（100 ～ 800 nm）：上海羽唐实业有限公司；陶瓷微珠（10 ～ 20 μm）：3M公司；无机纳米颜料：科勒颜料有限公司；分散剂SN5040：广州冠志化工有限公司；润湿剂X405：陶氏化学；消泡剂8034L：科宁化工有限公司； AMP-95、丙二醇：广州冠志化工有限公司；醇酯-12：伊士曼化工公司；增稠剂TT-935：罗门哈斯；硅烷偶联剂KH-570：武汉市高创有机硅新材料有限公司；杀菌剂：罗门哈斯。
1.2 试验仪器
高速分散机，电子秤， CMT6104万能电子拉力试验机，色差计，超声波清洗器，C84-Ⅱ反射率测定仪，QFS涂层耐洗刷测定仪。
隔热温差检测装置按JG/T 235—2008《建筑反射隔热涂料》标准自制，如图1所示。
将制得的不同明度的反射隔热涂料涂覆在尺寸为100.0 mm×80.0 mm×1.0 mm的铝板上，按标准条件养护后，采用美国Devices ＆ Services Company生产的AE1型辐射计和SSR-ER太阳光谱反射率仪，按照ASTM C 1549-02和ASTM C 1371-04方法测定涂料的太阳光反射比和半球发射率。
1.3 涂料的制备
按表1的基本配方，称取部分水、部分硅烷偶联剂、润湿剂、分散剂和全部纳米金属氧化物、无机纳米颜料放在锥形瓶中，用超声波清洗器超声分散10 min，制得浆料以备用。
按表1的基本配方称取剩余的填料和助剂，在低速搅拌下，依次加入去离子水、润湿剂、分散剂、部分消泡剂、硅烷偶联剂、丙二醇等助剂搅拌混合均匀后，再加入钛白粉、高岭土、陶瓷微珠和上述制备的浆料进行高速分散研磨细化；低速搅拌下加入乳液、成膜助剂、玻璃微珠、杀菌剂、剩余的消泡剂，并调至合适的pH和黏度，过滤，出料。
2 结果与讨论
2.1 乳液的种类对涂膜性能的影响
涂料主要由乳液、填料和助剂组成，乳液是涂料的成膜物，乳液的性能直接影响到涂膜性能的好坏，由于建筑反射隔热涂料主要用于建筑物外装饰面，其性能必须满足外墙的要求，具有良好的耐候性及保色性，优异的附着力及耐沾污性[2]，选用市场上知名度较高的5种乳液制成弹性反射隔热涂料，不同乳液性能的比较见表2。
在控制其他填料、助剂不变的情况下，改变乳液的种类制得不同的弹性建筑反射隔热涂料，并对其性能进行测试。从表2可以看出，乳液的种类对涂膜的其他性能影响较小，对涂膜的耐沾污性能影响较大。弹性乳液A、C、D、E制成的涂料耐沾污性都在20%以上，而乳液B制成的涂膜耐沾污性较好，为14.1%。从表2还可以看出，在涂膜耐沾污之前，不同乳液制得的反射隔热涂料太阳光反射比和半球发射率较接近，主要是因为功能填料含量相同，明度值相近，太阳光反射比、半球发射率和隔热温差差别不大；在涂膜受污染之后，太阳光反射比差异较大，涂膜耐沾污好的太阳光反射比下降较小，涂膜耐沾污性差的太阳光反射比下降较多。因此，在制备建筑反射隔热涂料时，应选用乳液耐沾污性能好、耐候性好的乳液品种。
2.2 功能填料对涂膜性能的影响
建筑反射隔热涂料与普通涂料的区别主要是添加了功能填料，包括玻璃微珠、陶瓷微珠和纳米金属氧化物，由于玻璃微珠和陶瓷微珠具有较大的折光系数，当光照射到涂膜表面会发生多次反射，同时大部分热量会绕过功能填料进行传递，增加了热量传递的路径，提高涂膜的热阻 [3]， 含有纳米金属氧化物的涂膜对光热具有较大的辐射作用。
在基础配方中加入不同量的空心玻璃微珠、陶瓷微珠、纳米金属氧化物和复配的功能填料，研究不同功能填料对涂膜性能的影响，见表3 ~ 6。
从表3 ～ 6可以看出，随着玻璃微珠、陶瓷微珠、纳米金属氧化物和复配功能填料用量的增加，隔热温差、太阳光反射比和半球发射率增加，但涂膜耐沾污和耐洗刷性降低。在功能填料含量相同的情况下，隔热温差、太阳光反射比和半球发射率相关数据表明，功能填料隔热效果：玻璃微珠≥复配功能填料＞陶瓷微珠＞纳米金属氧化物；涂膜的耐沾污和耐洗刷性：纳米金属氧化物≥复配功能填料＞陶瓷微珠＞玻璃微珠。这主要和功能填料的粒径有关，玻璃微珠和陶瓷微珠粒径较大，折光系数大，反光强，隔热效果较好，功能填料粒径较大，制成的涂膜表面较粗糙，空隙较大，耐沾污性差；纳米金属氧化物为纳米级，粒径小，涂膜表面光滑平整，耐沾污性好，但反光隔热效果差。
将不同粒径的玻璃微珠、陶瓷微珠和纳米金属氧化物复配使用，可以充分发挥反射、阻隔、辐射的协同作用，弥补使用某一种功能填料的缺陷，不同粒径的功能填料可以形成互补，大小粒子在涂层中交错排布，小粒子有效地填充了大颗粒间的空隙，可以提高涂膜的密实度和表面的平整度，加上纳米填料的加入，可以提高涂膜的综合性能，从而提高涂层的耐沾污性，使涂膜长期具有较高的太阳光反射比和半球发射率[4]。
2.3 不同明度反射隔热涂料性能的研究
目前，对白色建筑反射隔热涂料生产工艺和应用研究较多，但白色反射隔热涂料存在光污染，耐沾污性差，而且在实际应用过程中白色涂料不足20%，不能满足客户的需求。因此急需研发不同明度（彩色）的建筑反射隔热涂料，大力推广应用，具有节能环保意义。在基础白色建筑涂料配方中加入不同量的无机纳米颜料，制得不同明度的反射隔热涂料，不同无机纳米颜料对涂膜性能的影响见表7。
从表7中可以看出，无机纳米颜料的加入对涂膜颜色、明度值、太阳光反射比和隔热温差影响较大，对涂膜的半球发射率影响不大。白色反射隔热涂料具有最高的太阳光反射比和隔热温差，明度值越小，太阳光反射比越小，隔热温差也越小。当L*≥80，称为高明度反射隔热涂料，高明度涂膜太阳光反射比大于0.70，隔热温差大于5 ℃；当40＜L*＜80；称为中明度反射隔热涂料，中明度涂膜太阳光反射比大于0.30，隔热温差大于4 ℃；当L*≤40，称为低明度反射隔热涂料，隔热温差大于3 ℃。明度值越大，颜色越浅，太阳光反射比越大，隔热效果越明显。
3 结语
1）乳液作为外墙涂料的主要成膜物质，也是影响涂膜性能指标的关键原料，在制备建筑反射隔热涂料时，应选用乳液耐沾污性能好、附着力强和耐候性好的乳液品种。
2）不同粒径的功能填料复配使用，可以充分发挥填料的反射、阻隔、辐射协同作用，制成的涂膜致密，表面光滑，耐沾污性好，使涂膜长期具有较高的太阳光反射比和半球发射率。
3）加入不同颜色的无机纳米颜料，可以制成不同明度的建筑反射隔热涂料，高明度建筑反射隔热涂料具有较高的太阳光反射比和半球发射率；中低明度建筑反射隔热涂料具有一定的节能效果，装饰性强，符合目前节能、环保趋势。
（文章发表于《现代涂料与涂装》2017-11期）
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