复合型保温隔热涂料的制备及配方优化

付春卫， 王广存

(太原化学工业集团公司油漆厂，山西 太原 030009)

引 言

能源是人类发展和生产的基础。在当前社会发展和未来发展趋势的指引下，新能源以开发和提升能源的利用率为主要研究方向。导热材料从隔热、保温两个层面来看，若未有合适的措施，可能会导致材料在浪费的同时还无法达到保温、隔热的效果。目前，实际应用中的保温隔热材料不仅操作复杂，而且存在防水性差寿命短等缺陷[1]。因此，开发一款高效的保温隔热材料，从根本上解决能源消耗，提升使用安全性的目的。本文将重点对复合型保温隔热涂料的制备进行研究。

1 保温涂料概述

保温涂料是备受人们关注的一种节能保温材料，该材料兼备涂料和保温的特点，属于纤维稠状膏体的材料。与传统保温材料相对比，保温涂料具备如下优势：

1)保温涂料的导热系数低，其保温效果优于传统保温材料；2)保温涂料可与被保温的物体进行全面豁结，可应用于对异性结构体进行保温、隔热；3)保温涂料的密度较小，方便施工；4)保温涂料具有较好的防火性能，使用的安全性高；5)保温涂料生产工艺简单，即生产成本较低。

根据不同的分类标准，保温隔热涂料可以分为多种类型。其中，根据加工原料的不同可分为复合硅酸盐保温涂料、陶瓷保温隔热涂料、空心玻珠保温涂料和金属型铝矾土保温涂料；根据生产工艺的不同可分为加热型保温隔热涂料、常温非加热型保温隔热涂料、干粉型保温隔热涂料；根据隔热机理的不同可分为阻隔性保温涂料、发射型隔热涂料、辐射性隔热涂料。

为进一步提升保温隔热涂料的应用效果，降低其生产成本充分发挥不同工艺下对应保温涂料的性能。本文初步设想将两种或者多种隔热机理同时应用并生产出一种复合型保温隔热涂料，达到优势互补并充分发挥各种隔热机理下的效果，从而极大提升保温隔热涂料的应用效果[2]。

2 复合型保温隔热涂料的制备

2.1 复合型保温隔热涂料的制备基础

从理论上将，任何一种涂料均包括有基料、骨料、填料、水以及其他助剂等。也就是说，所选择的基料、骨料、填料以及其他助剂类型不同，将会直接影响最终涂料的附着力、热稳定性以及耐腐蚀性等性能。考核保温隔热涂料的指标众多，其中以热反射率和导热系数为关键指标。本节将重点研究可制备成复合型保温隔热涂料的方案[3]。

制备复合型保温隔热涂料的原料与试剂主要包括有海泡石、硅酸铝纤维、空心玻珠、绢云母粉以及复合钛白粉等原料，试剂主要包括有分散剂、消泡剂、成膜助剂等。复合型保温隔热涂料制备涉及到的之需仪器如第20页表1所示。

表1 复合型保温隔热涂料制备的关键仪器及规格

除了上述实际制备过程中涉及到的关键仪器外，还需对制备好样品的反射率和导热系数进行测定，其涉及到的仪器为NDJ-8S型数字显示转子黏度计(测反射率)和DMR-1型导热系数测定仪。

2.2 复合型保温隔热涂料的制备步骤

生产原料和设备准备完毕后，按照图1所示的流程图制备复合型保温隔热涂料。

图1 保温隔热涂料制备工艺流程

如图1所示，复合型保温隔热涂料制备工艺流程具体描述如下：

1)将水及各类试剂混合并充分搅拌；

2)在搅拌完成后的试剂中加入成膜剂、骨料、矿物棉以及不同种类的填料并充分搅拌。在搅拌操作中设计的参数为：搅拌机的转速为1 000 r/min，充分搅拌后分散35 min；

3)将2)中所得到的浆料与消泡剂和乳液混合后，采用搅拌机进行低速搅拌后通过筛选设备进行过滤，并采用氨水将过滤后产品的pH值进行调节，一般将pH值控制在8～9之间为最佳。在本步骤中所采用的筛选设备为100目(0.15 mm)的筛网[4]。

4)采用测试仪器对上述步骤制备而成的复合型保温隔热材料的反射率和导热系数进行测定，为后续配方的优化提供指导。

2.3 保温隔热涂料配方的初定

本节重点对保温隔热涂料基料、骨料、矿物棉、填料以及助剂等原料配方进行初步确定。基料的主要功能是将保温隔热涂料中的骨料黏结为一体，可供选择的基料包括有BA-205型纯丙乳液、自制苯丙乳液、BS-105D型苯丙乳液、NaPoly7199N型苯丙乳液以及硅丙乳液。

上述三种类型基料的对比如下：纯丙乳液的耐候性较差；苯丙乳化液具有较好的机械性能和强度；硅丙乳化附着力、耐腐蚀性更强，但是成本较高。因此，综合考虑各基料的性能和成本，最终选择自制的苯丙乳液作为基料[5]。

同理，基于“控制变量”的原则并综合考虑原料性能及成本的因素，最终确定保温隔热涂料的初步配方如下：自制苯丙乳液(基料)、海泡石(骨料)、硅酸铝纤维(矿物棉)、空心玻珠(填料)。所搭配的助剂类型及其与基料的比例如表2所示。

表2 助剂类型及其与基料的比例

3 复合型保温隔热涂料配方的优化

上节中不仅明确了制备保温隔热涂料各种原料的类型，而且具体确定了保温隔热涂料制备时各原料的用量。因此，本节分别对各种原料在不同用量情况下所得复合型保温隔热涂料的反射率和导热系数进行对比，最终得出复合型保温隔热涂料的最佳配方。在研究过程中，设定各原料、助剂以及水的总量为100 g。

采用正交因素法对各种原料在不同用量下制备的复合型保温隔热涂料的反射率进行对比。不同原料的用量组合如表3所示。

表3 复合型保温隔热涂料各原料的用量选择

经对比研究可知，当复合钛白粉用量为12 g，空心玻珠的用量为12 g，硅酸铝纤维的用量为7 g，膨胀珍珠岩的用量为3 g，海泡石的用量为9 g时，所得复合型保温隔热材料的性能最佳。

4 结语

保温隔热材料广泛应用于人们生产生活的各行业中，对于任何材料而言其性价比为衡量该材料的主要标准之一。保温隔热涂料由于其施工方便、生产简单以及成本低的问题被快速推广应用。本文重点针对复合型保温隔热涂料的制备和配方的优化展开研究，得出当复合钛白粉用量为12 g，空心玻珠的用量为12 g，硅酸铝纤维的用量为7 g，膨胀珍珠岩的用量为3 g，海泡石的用量为9 g时，所得复合型保温隔热材料的性能最佳。