砂磨機在超薄節能型外墻隔熱涂料中的作用

摘要:在當今世界倡導節能減排和生態綠色的潮流中，隔熱材料正由工業隔熱保溫為主向建筑隔熱保溫為主轉變。上海世博會已經展示出建筑隔熱保溫在提高建筑物居住和使用功能、節約能源等方面的成就，我們應該更加重視研發與推廣應用建筑隔熱保溫涂料。介紹了杭州傳化涂料有限公司研制的超薄節能型外墻隔熱涂料的制造，討論了材料的選擇與優化，以及應用試驗中超過進口同類產品的隔熱效果。

    關鍵詞:隔熱保溫;節能減排;涂料;研發;空心陶瓷微珠

    0前言

    墻體保溫是建筑節能的重要一環。國外建筑節能用絕熱材料占絕熱材料總量的比重很大，如美國1997年以來建筑用絕熱材料占所有絕熱材料的81%左右，瑞典、芬蘭等歐洲國家80%以上的巖礦棉制品用于建筑節能。而在我國能源消耗中，建筑能耗占全國能源消耗總量的1/3，而建筑用絕熱材料僅占總量的10%左右(且多為不耐高溫的有機保溫材料)，可見新型建筑隔熱保溫涂料市場潛力巨大[1]。當前，我國隔熱材料正由工業隔熱保溫為主向建筑隔熱保溫為主轉變，隔熱保溫材料是今后主要發展方向之一。新型建筑隔熱涂料因經濟、使用方便和隔熱效果好等優點而越來越受到人們的青睞。國家質量技術監督局1998年5月發布了硅酸鹽復合隔熱涂料國家標準(GB/T17371-1998)，為生產和應用者提供了硅酸鹽隔熱涂料的技術標準。住建部2006年發布的《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》規定新建建筑應該采用隔熱保溫措施節能60%以上[1]。因此，未來建筑使用隔熱保溫涂料是發展趨勢[2]。涂料的耐熱性與有機高聚物基料有關，還與組成涂料的顏填料有關[3-4]。隔熱涂料的基料樹脂組分應具有吸熱、散熱和隔熱能力，同時加入空心玻璃粉等耐熱隔熱填料。涂料的保溫性要求涂料具有在一定溫度下能蓄熱、貯能、隔熱等性能。以丙烯酸乳液為基料，空心玻珠為填料制得的涂料固化形成的涂膜既具有保溫材料的共性，又有中空質輕、節能減耗明顯等特性[5-7]。按照熱量傳遞的傳導、對流和輻射3種機理，隔熱保溫涂料相應分為阻隔型隔熱保溫涂料、反射型隔熱保溫涂料和輻射型隔熱保溫涂料3類。一種隔熱效果良好的涂料常需要將2種或更多種隔熱機理設計于同一配方里。各種隔熱保溫涂料原料各有其特點，可進行復配，優勢互補，研制出性能優良的復合型隔熱保溫涂料。不同的隔熱保溫涂料和保溫材料組合，可以制得既隔熱又保溫的外墻外保溫系統，也可制得以隔熱為主的外墻外保溫系統，這也是外墻外保溫涂料的發展趨勢[8]。杭州傳化涂料有限公司2006年承擔國家星火計劃項目研制的“超薄節能型外墻隔熱涂料”，同時具備反射型隔熱涂料和輻射型隔熱涂料的特點。經國家化學建筑材料質量監督檢驗中心檢測，符合國標GB/T9755-2001《合成樹脂乳液外墻涂料》優等品指標的要求;隔熱性能指標按照軍標GJB/T2502-1995《衛星熱控涂層試驗方法》檢測:太陽熱吸收比為0.13(即涂層反射了87%的太陽熱輻射)。經國家紅外及工業電熱產品質量監督檢驗中心、中國科學技術大學檢測:法向熱發射率為0.796，隔熱效果明顯。

    1超薄節能型外墻隔熱涂料的制備

    1.1主要原材料

    采用自行合成的自交聯型丙烯酸共聚乳液與去離子水、清華大學研制的納米抗老化劑、進口金紅石型鈦白粉和紅外輻射顏料、用于美國宇航空間站的陶瓷空心微珠和進口助劑(日本產氨鹽分散劑和潤濕劑、英國產防腐防霉防藻劑、美國產增稠劑、美國伊士曼公司產成膜助劑、消泡劑)，經過配方優化設計制造而成。

    1.2主要儀器設備

    1.2.1中試設備

    33kW高速分散機2臺;2m3分散缸1只;2m3調漆缸1只;中轉拉缸1只。

    1.2.2其他生產設備

    高速分散機、調漆缸、砂磨機、隔膜泵、精密捕集器、濃漿泵、膠體磨等。

    1.2.3主要儀器

    配色儀、恒溫恒濕機、耐洗刷儀、耐沾污沖洗裝置、紫外光老化儀及附件、噴涂機、磨耗儀、耐鹽霧試驗箱、數顯壓力試驗機、飾面磚粘結強度檢測儀、電動抗折試驗機、動態抗開裂試驗儀、水分快速測定儀、氣相色譜儀等。

    1.3生產工藝

生產工藝

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    將一定量的去離子水加入分散缸中，加入分散劑、消泡劑中速攪拌均勻。邊攪拌邊加入鈦白粉和紅外輻射顏料高速分散到細度小于30μm，轉入調漆缸。邊攪拌邊加入防腐防霉防藻劑、成膜助劑和抗凍劑，緩慢加入一定量的自交聯純丙烯酸乳液和消泡劑?？刂茢嚢杷俣?，在攪拌下緩慢加入隔熱涂料功能空心添加劑，攪拌至均勻無顆粒，再用增稠劑調整到合適的黏度，調色后(或白色)過濾包裝，出廠檢測合格后入庫。

 1.4中控指標(見表1)

表1產品中控指標

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    1.5應用試驗性能技術指標與實測結果(見表2)

表2 產品應用試驗性能

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    注:太陽熱吸收比為0.13即涂層反射了87%的太陽熱輻射，法向熱發射率為0.796即79.6%的熱量被發射到外層空間。

    2材料選擇與優化

    在本項目產品的研制中要解決2個技術難題:一是涂料本身能夠盡可能多地反射太陽熱量，減少太陽熱量的吸收;二是將未被反射掉的太陽熱量盡可能多地輻射出去，達到隔熱的目的。本項目研制產品超薄節能型外墻隔熱涂料同時具備反射型隔熱涂料和輻射型隔熱涂料的特點。為達到目標，需要選擇合成適合的乳液(基料)以確保涂料的耐久性和耐沾污性，因為沾污會直接影響涂層的反射效果，隨著耐沾污性下降涂層的反射效果也隨著下降。另外，需要對顏填料進行篩選，以最經濟的方法獲得最佳的反射和輻射效果。

    2.1乳液的選擇

    相同PVC(35%)條件下，通過選用不同的乳液進行試驗，其結果如表3。

表3 選用不同的乳液試驗比較

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    從表3可以看出，乳液3的UV老化變色和耐沾污性都是最好，初步選定用委托定制的自交聯乳液3作為試驗乳液

 2.2顏料的選擇

    相同PVC(35%)條件下，通過選用不同的顏料進行試驗，其結果如表4。

表4 選用不同的顏料試驗比較

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    從表4可以看出，鈦白粉R-706的UV老化變色和耐沾污性都是最好，最終選擇R-706鈦白粉作為白色顏料。

    2.3填料的選擇

    在乳液和顏料確定后，填料的選擇對涂料隔熱效果的影響至關重要，通過選用不同的填料進行試驗，其結果如表5。

表5 選用不同的填料試驗比較

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    在地球上能接受到的太陽輻射中，紅外熱輻射和可見光約各占45%，而紅外熱輻射主要集中在0.76～20μm波段范圍內。入射在涂層上的太陽熱輻射被吸收、透射和反射，其吸收比α、透射比β和反射比τ之間的關系為:

    α+β+τ=1

    由于隔熱涂料中存在顏填料，故隔熱涂料一般不透明，其透射比β近似為0。因此，只有提高涂層的反射比τ，才可以使涂層表面對太陽熱輻射的吸收減少，涂層溫度上升的幅度降低。從表5可以看出隔熱涂料用陶瓷空心微珠具備很好的反射功能，從而大大減少涂層的吸收(太陽熱吸收比為0.13即涂層反射了87%的太陽熱輻射)。

    2.4陶瓷空心微珠用量的選擇

    陶瓷空心微珠的用量對涂層太陽熱吸收比的影響結果見表6。

表6 陶瓷空心微珠的不同用量試驗比較

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    由表6可以看出:隨著涂料用陶瓷空心微珠的用量增加，太陽熱吸收比下降，但用量超過8%以后，變化較小。由于陶瓷空心微珠價格較高，為節約成本，我們選擇8%用量做試驗。
2.5紅外輻射顏料用量的選擇

    紅外輻射顏料用量對涂層發射率的影響結果見表7。

表7 紅外輻射顏料的不同用量試驗比較

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    由表7可以看出:隨著紅外輻射顏料的用量增加，發射率上升，但用量超過4%以后，變化較小。由于紅外輻射顏料價格較高，為節約成本，我們選擇4%用量做試驗。涂層通過減少太陽熱吸收和提高對已吸收部分熱量的發射，從而達到隔熱的目的。

    3應用試驗結果

    項目產品超薄節能型外墻隔熱涂料在傳化集團公寓8#、9#集體宿舍樓屋頂應用(屋頂防水層為黑色油毛氈，涂裝體系為:水性抗堿封閉底漆EC102一道，超薄節能型外墻隔熱涂料TW868二道(白色)，測試時間為下午1點，測試儀器為紅外測溫儀)，取得了較好的隔熱效果，見表8。

表8 超薄節能型外墻隔熱涂料屋頂實測效果

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    由表8可以看出，在有陽光照射時，隔熱涂料可大大降低屋頂表面溫度，最大溫差為20.5℃。試驗室隔熱對比試驗結果見表9(樣板基材為石棉水泥板，熱源為250W紅外燈泡，燈泡到板面之間距離為10cm，照射時間為30min，測試儀器為紅外測溫儀)。

表9 超薄節能型外墻隔熱涂料試驗室對比試驗效果

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    由表9可以看出，涂抹和未涂抹隔熱涂料的石棉水泥板背面溫度相差40.6℃，隔熱效果十分明顯;涂抹外墻白色乳膠漆和涂抹隔熱涂料的石棉水泥板背面溫度相差13.8℃，隔熱效果也十分明顯。而且，這種溫差會隨熱源功率的提高而加大。與國外同類產品對比試驗結果見表10(樣板基材為彩鋼板，熱源為250W紅外燈泡，燈泡到板面之間距離為10cm，照射時間為30min，測試儀器為紅外測溫儀)。

表10 與國外同類產品對比試驗結果

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    由表10可以看出，在彩鋼板上涂裝隔熱涂料，項目產品的背面溫差高于進口產品，表明項目產品的隔熱效果超過進口同類產品。

    4結語

    目前，隔熱材料正由工業隔熱保溫為主向建筑隔熱保溫為主轉變。建筑物涂刷隔熱保溫外墻涂料是目前建筑節能最有效的簡便節能方式之一。借上海世博會東風，我們應該更加重視研發與推廣應用建筑隔熱保溫涂料。超薄節能型外墻隔熱涂料產品同時兼備反射型和輻射型兩類隔熱涂料的優點，反射和輻射性能優異;抗紫外線性能強，耐候性好，保光保色;耐水透氣，防霉防藻，耐沾污性好，反射效果持久;隔熱效果已與進口同類產品媲美，值得推廣應用。