作者：王燕、吕栋，德爱威（中国）有限公司
摘要：现代建筑由于对节能及装饰方面的需求日益提升，对墙体装饰面涂层随之提出了隔热保温性能的要求。水包水多彩涂料作为新型的仿岩石豪华效果的外墙涂料，市场上对其也提出了反射隔热性能的要求。本文就反射隔热水包水多彩涂料的制备及应用进行研究，在原有的配方体系中，通过对施工耗量、ALTIRIS® 550反射隔热钛白、反射隔热冷颜料影响因素研究，得到反射隔热性能优异的反射隔热水包水多彩涂料。
关键词：反射隔热多彩涂料；反射隔热钛白；水包水涂料；反射隔热冷颜料
发展绿色建筑已经成为当前建筑节能降耗工作的重点，而绿色建筑的发展离不开节能、环保、绿色产品的应用。近年来，建筑反射隔热涂料作为一种新的功能型建筑涂料，涂覆在建筑物外墙或屋面时，可以有效降低太阳辐射热在建筑物外墙或屋面的累积，减少夏季通过建筑墙体或屋面传入到室内的热量，从而降低空调能耗，改善室内环境舒适度，水包水多彩涂料因其逼真的仿岩石效果得到市场的青睐，也是目前市场中主流的外墙涂料。而结合建筑低碳节能的政策潮流，使用具有反射隔热性能的功能性材料，制备而成的反射隔热水包水多彩涂料会是高端市场的一种选择。通常反射隔热涂料根据隔热机理的不同，可分为阻隔型、反射型和辐射型，在建筑涂料中的应用为反射型和辐射型。本研究在水包水多彩涂料基础上，采用国内外已经大规模量产化的无机颜料、填料来调配水包水多彩成品漆，然后在应用过程中分别对涂层的太阳光反射比、近红外反射比、半球发射率进行了测试、讨论，进一步探讨反射隔热水包水多彩涂料的研究及应用。
试验部分
主要原材料
保护胶GS，上海网格国际贸易有限公司；反射隔热钛白粉ALTIRIS® 550，亨斯迈化工；金红石钛白902+，杜邦；反射隔热彩砂，江阴采麟；空心玻璃微球20-30μm，阿克苏诺贝尔；纤维素250HBR，亚什兰；去离子水、助剂等。
主要设备
SFJ-400变频分散机、SSR-ER太阳光谱反射率仪、Datacolor200M分光光度计、W77多彩喷枪、GFX鼓风干燥箱、水包水造粒机、AE1/RD1辐射率仪、电子秤
反射隔热水包水多彩涂料的制备
保护胶溶液的制备
加固溶液的组成成分见表1。
表1 加固液的配方
造粒溶液的组成成分见表2。
表2 造粒液的配方
在分散容器中加入称量好的去离子水，并将分散机的转速调至400-500rpm。缓慢地将称量好的GS粉体加入至分散容器中，并不断地提升分散机转速至1500-1800rpm，分散50-60min，制得加固溶液和造粒溶液，留作备用。
基础漆的制备
调色基础漆的配方见表3。
表3 基础漆的配方
在分散容器中加入称量好的去离子水，将分散剂转速开至400-600rpm，按配方比例依次加入钛白粉550、纤维素、分散剂、AMP-95、消泡剂，随着粘度的升高提高分散剂转速至1300-1800rpm，高速分散15-20min。测试浆料细度＜50μm后，降低分散机转速至800-1000rpm，依次加入乳液、Texanol、丙二醇、消泡剂、防腐剂，分散5-10min，最后加入加固溶液，分散10min左右，制得基础漆留作备用。
连续相的制备
连续相配方见表4。
表4 连续相的配方
将分散机转速调至300-500rpm，按照配方比例依次加入各个组份原材料。在加入增稠剂时，根据实际粘度变化提高分散机转速至700-1000rpm，分散5min后制得连续相。
反射隔热水包水成品的制备
反射隔热水包水多彩成品配方见表5。
表5反射隔热水包水成品的配方
按照配方比例先加入造粒液，然后加入调好颜色的各色彩点。先预切然后使用造粒机进行过筛造粒，得到大小合适的多彩彩点。然后按照配方比例加入连续相乳液，使用四叶桨40-150rpm低速搅拌进行混合，最后使用增稠剂将成品调整至合适粘度，搅拌5min制得反射隔热水包水多彩成品涂料。
测试样板漆膜制备
测试均在铝板上进行，制膜方式按照JG/T235-2014进行制膜。先使用200μm线棒在铝板上刮涂配套中层漆，刮涂2遍。待中涂干燥后，再使用多彩专用喷枪喷涂反射隔热水包水涂料。在温度为23±2℃、湿度为55±5的环境下养护168h后，进行测试。
结果与讨论
施工应用实验对比
反射隔热水包水是仿大理石、花岗岩的造型涂料。其颜色与效果并非均匀一致，其施工会影响到漆膜的颜色与整体效果，从而影响到它的反射隔热性能。在此讨论研究其施工耗量、罩面清漆是否会对其反射隔热性能产生影响。
使用与中层漆L*值相接近的反射隔热水包水主材见表6，分别对比0-0.7kg/m2，施工耗量对比涂层的近红外反射比（NIR）、太阳光反射比（TSR）、半球发射率。其结果见表7、图1。
表6 反射隔热水包水各彩点占比
注：将多彩成品制膜L*=75，NIR=0.82，TSR=0.63，半球发射率=0.93
表7 不同施工耗量下的反射隔热性能对比
注：半球发射率、TSR都符合国家标准要求，NIR需要大于L*/100，才能满足JG/T235-2014标准要求。
图1 相近颜色情况下不同钛白及用量对可见光反射率影响
注：样品颜色相近，L*都在60左右。
所以当TSR＞0.4，NIR＞0.6，半球发射率＞0.85为合格
数据显示，由于中层漆与反射隔热水包水主材L*较为接近，随着施工耗量的递增，涂层的TSR基本保持不变，都符合JG/T235-2014的TSR要求，这是因为TSR主要由涂层颜色本身决定的，施工耗量不影响涂层的TSR和半球发射率。当施工耗量为0（未施工水包水多彩）时，中层漆的NIR性能不符合标准要求。但随着施工耗量的增加，涂层NIR会有明显的提升，当施工耗量大于等于0.6kg/m2后，NIR基本保持不变，因为当施工耗量达到0.6kg/m2时，反射隔热水包水已经完全覆盖了中层漆，测试的数据均为反射隔热水包水的数据，不再受中层漆的影响。因此接下来的实验测试中，均采用施工耗量为0.6kg/m2进行测试。
色浆种类及用量对反射隔热水包水反射隔热性能的影响
涂料的调色是通过在白色或低遮盖的涂料中添加颜料来实现的，而涂料颜色的主要性能取决于其使用的颜料性能和含量。除钛白粉（TiO2）以外，由于传统的无机颜料和有机颜料对涂料热反射性能影响较大，所以绝大多数传统颜料不适合应用于彩色热反射隔热涂料体系。
冷颜料通常是指具有高的太阳光反射比、耐候性良好，并且自身化学稳定性非常优异的一类颜料。冷颜料大多数都是由几种金属混合物在经过高温（800℃以上）煅烧后化合而成，其主要成分是复合无机物，所以也叫复合无机颜料。
好的冷颜料，在保证着色力的前提下，如何提升其自身的近红外反射比就成为了生产制造的关键。特别是应用在建筑外墙的涂装，既要保证自身优异的耐候及耐温变性能，又要兼备反射隔热的能力。
美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）根据颜料近红外的反向散射测试结果，将颜料进行了分级，分为强、中、弱近红外散射性颜料，具体分类如表8所示。从表8可以看出，冷颜料大多数属于强、中近红外散射性颜料。
表8 颜料近红外反向散射能力分类
由于本次测试主要针对多彩涂料，多彩涂料的彩点调色相对简单，在实际使用中铁红、铁黄、炭黑基本可以满足调色需求，故本次实验主要针对铁红、铁黄、碳黑来进行测试。分别使用科莱恩化工N131-CN黑、100-CN红、130-CN黄等3款普通色浆，与IR-R1 0 0-CN黄、IR-G1 0 0-CN红、IR100-CN黑这3款经过处理的反射隔热冷颜料进行对比测试。将调好颜色的各个彩点分别造粒，制作成单色点的反射隔热水包水涂料，并以0.6kg/㎡的施工耗量进行喷涂。分别选用与反射隔热水包水涂料相近颜色的乳胶漆，作为测试中层背景漆。对比测试对可见光的反射率，其结果见表9、表10、表11。
表9 黑色色浆对比测试
表10 红色色浆对比测试
表11 黄色色浆对比测试
综合表9、表10、表11可知，使用1%炭黑调色后，NIR和TSR数值已经很低，因为炭黑对全部的太阳光具有强烈的吸收，导致整个涂层基本没有了反射隔热性能，故在反射隔热体系中不能使用炭黑色浆。当色浆（普通的炭黑、铁黄、铁红色浆以及反射隔热黑、黄、红色浆）用量添加至4%时，彩点均不能正常造粒而变成糊状，这是因为色浆在研磨过程中会添加大量的分散润湿剂，多彩基础漆中如果润湿分散剂含量过高时，会影响保护胶对彩点的包裹性，导致彩点不能正常造粒而变成糊状，所以色浆的添加量最多为3%。
从表中可知，当使用普通色浆进行调色，其NIR数值只是略大于其L*/100，当使用反射隔热色浆进行调色时，其NIR数值会高出其L*/100很多。NIR数值越高，对近红外反射率就越高，其反射隔热性能也会更为优异。
钛白种类及用量对反射隔热水包水反射隔热性能的影响
颜填料作为反射隔热的主要作用物质，其中钛白粉是最好的红外反射颜料，也是水包水多彩涂料中主要的填料物质。钛白粉对可见光的反射效率，会影响整个水包水涂层对可见光的反射性能。所以在反射隔热涂层体系中，钛白粉种类及用量是配方设计最为重要的一个环节。在施工耗量为0.6kg/m2，使用反射隔热色浆进行调色的情况下，对比测试杜邦902+及亨斯曼ALTIRIS550两种钛白粉及不同用量对可见光的反射率，其结果见表12、表13、图1。
表12 相同色浆用量情况下的不同钛白及用量对反射隔热性能影响
注：以上测试样品均加入1%IR-G 100-CN红，
1% IR-R 100-CN黄，1% IR 100-CN黑进行调色。
表13 相近颜色情况下不同钛白及用量对反射隔热性能影响
由表13可知，在相同色浆用量的情况下，902+普通钛白的L*值要高出ALTIRIS® 550钛白很多，可以得出，普902+对颜料的消色能力要高于ALTIRIS® 550，但使用902+的涂层对近红外反射要求均不符合JG/T235-2014要求，测试不通过。使用ALTIRIS® 550 的涂层在用量达到5% 时，可以符合JG/T235-2014要求，测试通过。
由表10可知，当我们对颜色进行固定，902+添加量在3%-8%时，涂层的NIR数值较低不符合要求，可得知，902+对近红外光的反射率较差，不符合JG/T235-2014标准要求，所以902 + 不适合应用在反射隔热水包水体系中。当ALTIRIS® 550用量低于3%时，其反射隔热性能也不理想，涂层NIR测试数据要略低于L*/100，是不符合JG/T235-2014标准要求的。当添加量为5%时，涂层NIR测试数据要略高于L*/100一点，虽然产品符合JG/T235-2014标准要求，但配方宽容度较差。当添加量为8%时，涂层NIR测试数据要高于L*/100很多，配方宽容度较好，当添加量为10%时，涂层NIR测试数据与添加量为8%时较为接近。所以，当ALTIRIS® 550添加量为5%-8%时即可。
结 语
1、当反射隔热水包水多彩涂料，在不具备反射隔热性能的中层漆上达到一定的覆盖率时（施工耗量大于等于0.6kg/m2后），NIR基本保持不变，因为当施工耗量达到0.6kg/m2后，反射隔热水包水主材已经完全覆盖了中层漆，测试的数据均为反射隔热水包水的数据，不再受中层漆的影响。
2、普通的炭黑色浆对近红外反射、太阳光反射的影响非常大，即便只加入1%含量，NIR、TSR数值已经接近0，因此在反射隔热中不建议加入普通炭黑色浆进行调色。
3、反射隔热红、黄色浆与普通铁红、铁黄色浆相比，对近红外光具有更高的反射率，从而对反射隔热性能的提升会有较大的帮助。但如果反射隔热色浆调色达不到预期的效果时，可以尝试使用普通色浆进行搭配使用，使反射隔热水包水既有良好的装饰效果，又有优异的反射隔热性能。
4、当色浆加入量过大（>4%）时，色点造粒出现发糊现象，因此在多彩基础漆中不建议加入过多的色浆。
5、使用杜邦902+钛白粉作为填料，不管是相同的色浆添加量，还是相近颜色下，做出的成品水包水涂料反射隔热性能均明显弱于用亨斯曼ALTIRIS® 550反射隔热钛白粉。
6、使用ALTIRIS® 550钛白粉作为填料，当添加量为5-8%时，水包水多彩涂料的反射隔热性能是可以满足要求的。
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