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隔熱防水涂料的機理探討和配方研究,介紹了反射性隔熱防水涂料的隔熱原理、化學組成、配制方法和性能檢測結果
2019年12月24日    閱讀量:779    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿

由于日光的照射,建筑物內溫度升高,必將增加空調的能耗。防止室內溫度升高的途徑主要是使室外熱量(主要是陽光照射產生的熱) 盡可能少地傳入,且室內熱量盡可能向外散發。近年來,研究通過使用隔熱涂料來降低建筑物內溫度的方法時有報道[1~4 ] ,但同時具有隔熱防水功能的建筑涂料尚未見應用涂料在線coatingol.com


目前研制的隔熱涂料根據隔熱機理主要分為3 類:阻隔性隔熱涂料、輻射性隔熱涂料和反射性隔熱涂料。其中研究最多、最有實用價值的還是反射性隔熱涂料,該文研究也是采用反射法隔熱。


1  試 驗

1. 1  基料的選擇

一般情況下,就涂料本身性能而言,防水和隔熱總是一對矛盾,防水要求涂層致密,隔熱卻需要涂層疏松多孔,如何解決這對矛盾,是研究的關鍵所在。在研究中,防水性能主要由涂料的基料決定,隔熱性能主要由涂料的顏、填料決定。

首先,為了使顏、填料起到反光作用,基料成膜后必須是無色透明的;同時,作為施工于屋頂和墻面的防水涂膜,必須有極好的耐水性、抗滲性、耐候性、柔韌性和與基層的粘接強度;其次,為了施工方便,希望是單組分的,為了適應環保的趨勢,必須是水性的。


綜合上述條件,采用聚合物乳液為基料,是可以同時滿足上述要求的,當然,基料本身也應不含吸熱基團。在有關研究中,普遍采用的是丙烯酸酯乳液,為了滿足防水涂料對低溫柔性、斷裂伸長率的要求,該類丙烯酸乳液聚合時所用的丙烯酸乙酯、丁脂類軟單體比例較大,也使得其更加昂貴。


在研究中,采用較為廉價的丙苯乳液、丁苯膠乳復配的方法來制得滿足上述要求的乳液,丁苯膠乳的加入是為了滿足防水涂料對斷裂伸長率和低溫柔性的要求。該研究采用的丁苯膠乳為羧基丁苯乳液,是用丙烯酸改性后的丁苯橡膠乳液, 與苯丙乳液一樣, 含有羧基( —COOH) 。有觀點認為[5 ] 含有—COOH官能團的聚合物,與水泥水化產物Ca2 + 發生作用后,能顯著提高材料的強度和耐水性以及與混凝土、水泥砂漿基層的粘接力。


特制的羧基丁苯乳液結合苯乙烯量較低( < 45 %) , Tg 溫度較低,成膜后通常表面柔軟,甚至發粘,易粘灰且不易自潔,對防水沒有影響,對反光卻影響很大,為此采用復層結構,即防水層基料采用羧基丁苯與丙苯共混乳液,加入較廉價的填料,涂層厚度可達1~2 mm ,為主涂層;表面層采用Tg 溫度較高的丙苯乳液,涂層透明度高、光澤好、易自潔,填料為較昂貴的反光粉,涂層較薄。這種結構既滿足了防水與隔熱的不同要求,又節約了成本。


1. 2  填料的選擇

在反射性涂料中所用填料多為金屬粉末,常用的為鋁銀粉。鋁銀粉在油性涂料中可以穩定存在,但在水性涂料中會氧化變黑,失去反光性能。該研究是選用環保的水性乳液作基料,故不能采用鋁銀粉。通過反復研究與篩選,選用了一種填料,是在微米級的云母粉末表面鍍上納米厚度的高折射率金屬氧化物而成,在乳液中分散性、懸浮性極好,能穩定存在,在可見光和近紅外區有極強的反射率,稱之為反光粉。表面層涂料的填料僅為不同粒徑的反光粉(10~300μm) ,細粒徑的反光粉遮蓋力強,粗粒徑的反射率高,通過實驗選擇合理的級配,可以得到最佳的反光隔熱效果。

在防水主涂層中加入的顏、填料分別為鈦白粉和滑石粉、輕質碳酸鈣。外加劑主要有分散劑、消泡劑、增稠劑和成膜助劑、防腐劑等。


1. 3  涂料的制備

1) 配方設計 首先是確定顏料體積濃度

(PVC) ,就主涂層而言,由于需要較高的膜層延伸率,其PVC 應小于40 % ;表面層僅加入反光粉,其PVC 就更小。由PVC 可以得到涂料的顏基比,根據顏填料用量可確定分散劑用量,根據基料用量可確定增稠劑用量等。以此為基礎,經過反復試驗各組分加入量對防水、隔熱性能的影響,選出配方,見表1 。

隔熱防水涂料的機理探討和配方研究,介紹了反射性隔熱防水涂料的隔熱原理、化學組成、配制方法和性能檢測結果 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

2) 涂料配制 乳液最好不要參與研磨過程,所以對主涂層采用色漿法配制。即將顏填料、外加劑和水預混后,研磨成顏料漿,然后與乳液一起加入攪漿機中混合均勻,經調粘度、過濾后成為涂料。表面層要求更高,反光粉不僅不能研磨,最好也不要高速攪拌,只需經水、分散劑浸透、潤濕以后,加入乳液中攪勻。


1. 4  檢測方法

對于防水層,按照中華人民共和國建材行業標準JC/ T864 —2000《聚合物乳液建筑防水涂料》檢測。對于表面反光層,沒有相應標準測量其隔熱性能,一般采用2 種方法:一是測定涂層的反射光譜,觀察其在太陽輻射光譜區域是否有高的反射率;二是直接測定、比較陽光輻射下(或紅外燈照射下) ,反光涂層和其它涂層下的溫度。


相比之下,直接法更有說服力,也容易實現,具體制法如下:選用3 塊400 mm ×400 mm ×20 mm的輕質硅酸鈣板(或PS 泡沫板) ,在其中2 塊上分別開4 個110 mm 和125 mm 見方的孔,3 層重疊,用乳膠粘貼,如圖1 所示。

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有資料介紹[4 ] ,使用金紅石型鈦白粉等高折射率的白色顏料做熱反射涂料的填料;也有用Fe2O3 、MnO2等高熱發射率氧化物做紅外輻射涂料的主要組成[6 ] ,加上習慣上常用鋁銀粉涂料做熱反射涂層,所以選用(配制) 了如下涂料作為實驗樣品,對比其反射隔熱效果:


1)反光涂料,即研究的面層涂料;


2) 白色隔熱涂料(以苯丙乳液為主要成膜物質,金紅石型鈦白粉為主要顏填料) ;


3) 氧化錳輻射涂料(以苯丙乳液為主要成膜物質,二氧化錳為主要顏填料) ;


4) 氧化鐵輻射涂料(以苯丙乳液為主要成膜物質,三氧化二鐵為主要顏填料) ;


5) 鋁銀粉涂料;


6) 市售紅外輻射涂料;


7) 黑色瀝青基防水涂料。


用125 mm ×125 mm 的陶瓷素坯作為樣品基材,每塊瓷板上先涂上1 mm 厚的防水層(研究的主涂層) ,然后分別涂上上述涂料,涂層實干后用上述裝置測試樣品在紅外燈下和陽光下的隔熱效果。


2  檢測結果與討論

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 注:按照行業標準JC/ T864 —2000 檢測。

由表2 可以看出,采用羧基丁苯和丙苯的復配乳液為基料制得的聚合物乳液防水涂料,除固含量外,各項性能指標均滿足國家行業標準。

由表3 、表4 可見:


1) 錳、鐵的氧化物涂料和市售紅外涂料,在作為高溫發熱元件和工業窯爐的紅外發射涂層時,可以提高發熱效率,但用于建筑物時,由于其在太陽光輻射波段也有較高的吸收率(發射率) ,所以,在陽光下沒有隔熱效果,只能增加吸熱。


2) 高折射率的白色顏、填料具有較好的隔熱效果,比通常作為反射隔熱涂層的鋁銀粉涂料的隔熱效果要好得多,這是以前沒有料到的。3) 研究的面層(反光層) 具有最好的反射隔熱效果,在紅外燈下,同樣的照射時間,比鋁銀粉涂料溫度低9~12 ℃,比瀝青基防水涂料低40 ℃;在日光下,比鋁銀粉涂料溫度低5~6 ℃,比瀝青基防水涂料低12 ℃。


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 注:在參照樣品達到同一溫度,且10 min 內不變化時測得。


3  結 語

反光隔熱防水涂料,由主涂層(防水層) 和表面層(反光層) 組成,前者屬于聚合物乳液防水涂料,技術成熟、產品較多,本試驗的配方在滿足行業標準JC/ T864 —2000 的同時,具有與基層和表面層結合牢固、延伸率大且成本低的優點;后者屬于丙烯酸乳液的特種涂料,表面光澤度高,耐候性、耐污性好,且具有良好的反射隔熱效果。

隔熱防水涂料的機理探討和配方研究


郭聲波1 ,石新勇2

(1. 襄樊學院土木工程系,襄樊441053 ;2. 中國建筑材料科學研究院,北京100024)


標簽:行業資訊原料動態建材百科產品資訊建材應用市場評論技術中心成品材料建筑基材建筑施工涂料油漆墻體幕墻建筑材料裝修施工
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