阻隔型外墙隔热涂料的研制及性能研究

吴邦俊， 陈明凤，彭 红，刘立军

（1重庆市江北区建设工程质量监督站 重庆 400020 2重庆大学 重庆 400045 3重庆建筑工程职业学院 重庆 400039 4重庆市建筑科学研究院 重庆 400015）

引言

阻隔型隔热涂料是通过对热传递的显著阻抗性来实现隔热的一种涂料。我国的阻隔型隔热涂料始于20世纪80年代末，以高温场合使用的保温隔热涂料为起点[1]。这种类型的涂料通常以表观密度小、内部结构疏松、气孔率高以及含水率小的材料作为轻骨料，依靠粘结剂的作用使其结合在一起，直接涂抹于设备或者墙体的表面来达到隔热的效果。

本文所研制的阻隔型外墙隔热涂料是在涂料中掺入空心玻璃微珠、漂珠、硅藻土等导热系数较低的材料，能显著阻止热量传递，且隔热效果优良、耐沾污性和耐候性良好的一种薄层环保型隔热涂料。

1 实验部分

实验原材料为丙烯酸乳液，金红石型钛白粉，阻隔型功能材料，助剂等。

实验仪器有低速搅拌机、高速搅拌机、红外灯、热电偶、温度数字显示仪、温度计、涂布仪等。

阻隔型外墙隔热涂料的研制：

基础配方：阻隔型外墙隔热涂料的基础配方如表1所示。

表1 阻隔型外墙隔热涂料基础配方

工艺流程：

(2)将乳液缓慢加入调制好的颜填料色浆中，低速搅拌30～40分钟，调节黏度和pH值，出料。

(3)待试样静置一天后，用一定规格的涂布仪涂刷在待测石棉板上，自干24小时，再涂刷一层，晾至一周待测。

(4)样板规格：按JC/T 412.2—2006中6.3和6.4规定的高密度Ⅳ级温石棉板纤维水泥平板：150mm×75mm×（4mm-6mm）。基材表面处理按GB/T 9271—1988的规定进行。

2 阻隔型外墙隔热涂料的隔热效果测定

2.1 涂层平衡温度的测定

试验装置：用50mm厚的聚苯乙烯泡沫板制成一个外围尺寸为360×360×250mm的箱子，在箱子的上表面裁出两个对称的长方形孔，尺寸以石棉板不会下漏为宜，试验装置见图1。

图1 涂层平衡温度测试装置示意图[2](h=34cm)

试验环境：室内测试，用空调保持室温为20±2℃，将涂刷试样的石棉板先置于环境温度中2小时以上，使试板温度与环境温度平衡，测量时紧密门窗，保证风速为0，尽量减小误差。

测试步骤：

（1）将两块涂有同一试样的石棉板放置275W的红外灯正下方，板边缘彼此相距50mm；将聚苯乙烯泡沫板左右两边标号，分别记做L、R。

2.水质条件差。秋季鱼类排泄物剧增，水体有机质污染加剧，养殖水体缺氧而亚硝酸盐和氨态氮等有害物质含量上升，造成水质不良，水质调控难度增加，鱼类病害增多。

（2）开启电源，每隔3min记录一次两块试板下表面的温度。

（3）共记录33min（通过试验发现，试板被照射33min后，其下表面温度变化不超过1℃，视为至平衡温度），取两个温度的平均值作为该试样的平衡温度，并将平衡温度减去初始室温记为绝对温升。

2.2 模拟太阳光照射外墙隔热涂料

为模拟在太阳光照射下外墙隔热涂料的隔热效果，笔者制作了3个空腔尺寸为长×宽×高=350×350×300mm 的热箱，热箱的5个面用聚苯乙烯泡沫板构成，上盖360×360mm的纤维水泥试板，如图2所示。将通过正交试验获得的最优配方配制成的外墙隔热涂料在纤维水泥板上均匀涂刷2遍，与涂刷空白样（无功能材料）的试板及空板（石棉板上不涂刷任何物质）进行对比，测试在太阳照射下，各热箱内的温度变化情况。

图2 模拟太阳光照射外墙涂料的测试装置示意图

3 结果与讨论

3.1 单一阻隔型功能材料掺量对涂层隔热性能的影响

在颜基比一定的前提下，考察单一阻隔型功能材料不同掺量对涂层隔热性能的影响 （掺量以涂料总质量的百分数计）。利用涂布仪将各样品制成相同厚度的涂层，然后按照2.1测试方法分别测定其绝对温升。

3.1.1 空心玻璃微珠掺量对涂层隔热性能的影响

在隔热涂料中以空心玻璃微珠作为填料，除了能得到像金属铝粉那样的反射光和热辐射的效果以外，还能利用空心玻璃微珠中空、质轻、热导率低的特点，达到阻隔热量的目的，从而提高涂膜的绝热性能[3]。可见，空心玻璃微珠作为填料兼有反射太阳光和阻隔热量的复合功效。本文选用的是碱石灰硼硅酸空心玻璃微珠K1和VS 5500两种型号，其内部为1/3个大气压的中空结构，导热系数为0.0052 W/(m·K)左右，具体性能参数请见表2。在基础配方中分别加入不同量的两种空心玻璃微珠，其对涂料隔热性能的影响见表3。

表2 空心玻璃微珠性能参数

表3 空心玻璃微珠掺量对涂层隔热性能的影响

从表3可以看出，掺入空心玻璃微珠后，涂层的隔热性能都有所改善，且粒径较小的VS 5500改善效果优于K1。当两种空心玻璃微珠掺量为1.8%，绝对温升达到最低值，与空白样相比，K1绝对温升下降了4.9℃，VS 5500下降了6℃。当继续增加空心玻璃微珠的掺量，涂料黏度增加，微珠不易分散，而影响涂膜的均一性，故推荐使用VS 5500的空心玻璃微珠，掺量以1.8%为宜。

3.1.2 硅藻土掺量对涂层隔热性能的影响

硅藻土是稀有非金属矿，其主要化学成份是SiO2，含量达92%以上，结构为非晶体，其它组分主要为Al2O3和Fe2O3，以及少量或微量的钠、钾、钙、镁、钛及其它氧化物。硅藻土具有开口、多孔的结构，其导热系数为0.264～0.297W/(m·K)，折射率为1.4～1.5，比表面积为7，050～67，000 cm2/g[4]。 在基础配方中掺入不同量的硅藻土，其对涂层隔热性能的影响见表4。

表4 硅藻土掺量对涂层隔热性能的影响

从表4可以看出，在涂料中掺入硅藻土对涂层的隔热起着非常显著的改善作用，并随着硅藻土掺量的增加，这种改善效果更为显著，在掺量为15%时达到最优，此时与空白样相比，温差达到9.2℃。但是由于硅藻土为多孔结构材料，其对水有很强的吸附性能，当硅藻土掺量超过20%时，其在颜填料色浆中出现成团现象，极难分散。因此，建议在涂料中掺入硅藻土时，其最佳掺量为涂料总质量的15%左右，最大掺量不应超过20%。

3.1.3 不同粒径的漂珠掺量对涂层隔热性能的影响

漂珠又称空心玻璃球，是一种新型、多功能的无机材料。本文选用了三种粒径的漂珠，分别为120目、300目和600目，其堆积密度为0.26～0.45g/cm3，比重为0.4～0.8g/cm3，导热系数为0.01163 W/(m·K)左右[5]。其主要化学组成见表5。

漂珠掺量对外墙涂料隔热性能的影响如表6所示。从表6可以看出，漂珠的粒径越小，其对涂层的隔热效果越好。当漂珠粒径为120目和300目时，漂珠的加入对涂层的隔热效果并没有起到改善作用；而粒径为600目的漂珠在掺量为3.6%时，其对涂层隔热性能的改善效果最好。

表5 漂珠的主要化学组成

表6 漂珠掺量对涂层隔热性能的影响

3.2 模拟太阳光照射实验

为进一步证实自制外墙涂料对太阳光的隔热效果，利用2.2中介绍的实验装置，将掺入隔热效果较好的硅藻土、空心玻璃微珠VS 5500所配制的涂料与空白样进行比较。本文选用硅藻土最佳掺量15%和空心玻璃微珠VS 5500最佳掺量1.8%的涂料试样，来考察两者对太阳光的阻隔效果。测试结果如图3。测试时间为09:30～18:00，每隔30min记录一次数据。

图3 太阳光照射下涂层的隔热效果

从图3可以看出，在整个测试阶段，上盖自制试样的箱内温度变化幅度远比空白石棉板小，且比空白样箱内温度低。在一天中最热时间段13:00～16:00，上盖涂有硅藻土涂料试样的石棉板泡沫箱内温度与同条件下的空白石棉板相比，最大温差达到10.9℃；与空白样相比，最大温差达3.2℃；与涂有空心玻璃微珠VS 5500涂料试样相比，最大温差达2.1℃，以上数据表明硅藻土制备的涂料试样具有较好的隔热性能。

4 结论

（1）通过考察在涂料中单独掺入某种阻隔型功能材料，得到硅藻土对涂层的隔热效果有较为显著的改善，空心玻璃微珠VS 5500次之。

（2）在基准涂料中，硅藻土的最佳掺量为15%，此时与空白样相比，温差达到9.2℃，隔热效果显著。

（3）通过模拟太阳光照射，得到采用硅藻土配制的隔热涂料试样，其箱内温度与同条件下的空白石棉板相比，最大温差达到10.9℃；与空白样相比，最大温差达3.2℃。

[1]夏正斌，等.建筑隔热涂料的研究进展[J].精细化工.2001.10.

[2]徐峰，朱晓波，邹侯招.实用建筑涂料技术[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3]陈建华，陆洪彬，袁羡华.复合型外墙隔热涂料的研制[J].材料导报，2006（3）：149-151.

[4]陈旭晔，余勇，潘洁，等.硅藻土质复合绝热涂料的研制[J].研究与探讨，2008：18-19.

[5]李文丹，陈建华，陆洪彬，冯春霞.TiO2包覆粉煤灰漂珠外墙隔热涂料的研究[J].化工新型材料，2007：69-71.