水性建筑節(jié)能保溫隔熱涂料及研制與應(yīng)用

1、水性建筑節(jié)能保溫隔熱涂料的研制與應(yīng)用羅侃，姚伯龍，楊同華，栗利濤(江南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院，江蘇無錫214064)摘 要：以自制的自交聯(lián)丙苯乳液為成膜物質(zhì)，并以硅酸鹽類空心微珠、過渡金屬氧化物、 晶須、碳酸鈣為填料，制成保溫隔熱涂料。該涂料固化后具有耐洗刷、耐水、附著力強(qiáng)、機(jī) 械性能較好等特點(diǎn)，并具有較好的隔熱效果。經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)性能優(yōu)異。關(guān)鍵詞：自交聯(lián)乳液；保溫；隔熱機(jī)理；晶須1Preparation of water energy-saving and heat-insulation coatings for buildings and it ' applicationLuo Kan,

2、Yao Bo-l on g,Ya ng Ton g-hua, Li Li-tao(School of Chemical and Material Engineering, Jiangnan University, Wuxi Jiangsu 214122)Abstract: A heat-insulation is prepared from self cross-linkable styrene-acrylic emulsion as film-forming substanee and silicate cenosphere, transition metal oxides, whisker

3、 and CaCO3 as fillers. The coati ngs shows excelle nt properties in cludi ng an ti-wash ing, an ti-water, good adhesi on and mechanical performance ect, especially it ' good heat insulation after cured. All the technical performa nce are qualified to authorized sta ndards.Keywords: self cross-li

4、nkable emulsion; heat-insulation; insulation mechanism; whisker引言在我國能源消耗中，建筑能耗大約占全國能源消耗的35%，據(jù)知，我國從 2008起，將對(duì)新住宅規(guī)定需要采取隔熱保溫措施。建筑隔熱材料中建筑隔熱保溫涂料因經(jīng)濟(jì)、使用方便和隔熱效果好等優(yōu)點(diǎn)而越來越受到人們的青睞，發(fā)展前景光明，將有望促進(jìn)涂料市場(chǎng)和隔熱材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。傳統(tǒng)的建筑保溫涂料大多以提高孔隙率、提高熱阻、降低傳導(dǎo)系數(shù)為主。為達(dá)到相應(yīng)的要求，保溫層較厚，易開裂，外觀較差，且干燥時(shí)間較長(zhǎng)，因而應(yīng)用范圍也相應(yīng)收到限制。其型材也因接縫較多，施工較為不方便，而且還存在著吸水

5、率較高，需設(shè)有防水層或保護(hù)層，不抗振動(dòng)，使用壽命短等缺點(diǎn)。涂料隔熱的方式分為阻隔熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射三類，因而研發(fā)主要從這三方面著手，基金項(xiàng)目江蘇省環(huán)?？萍柬?xiàng)目(2005025)作者簡(jiǎn)介：羅侃(1984-),碩士研究生，師從姚伯龍教授，主要從事建筑涂料，功能高分子等研究開發(fā)。力求研制生產(chǎn)復(fù)合型多功能保溫涂料。保溫效果良好的涂料一般是兩種或多種隔熱機(jī)理協(xié)同的結(jié)果。本課題主要從選擇成膜物質(zhì)和填料兩方面入手，進(jìn)行配方優(yōu)化，從保溫涂料隔熱機(jī)理與結(jié)構(gòu)上對(duì)其進(jìn)行研究1。本涂料可用于建筑墻體外墻外保溫，可采用刷涂、輥涂等方法施工，涂裝方法簡(jiǎn)單，可節(jié)省大量的人力、物力。1實(shí)驗(yàn)部分1.1原材料基料：自交聯(lián)丙苯

6、乳液：自制功能性填料：硅酸鹽類空心微珠：進(jìn)口；復(fù)合過渡金屬氧化物：自制；晶須：工業(yè)極，無錫同盛高新材料有限公司；碳酸鈣：1200目，常州市碳酸鈣廠；助劑：成膜助劑、濕潤(rùn)分散劑；增稠劑；消泡劑等1.2復(fù)合過渡金屬氧化物制備以FQ2O3、Mn0 2為主要原料按不同重量比例配料， CO2O3、CuO為摻雜料5，用電子天 平按配方稱量，放入研缽中研磨，使其混合均勻， 通過300目網(wǎng)篩過濾后，放入陶瓷坩鍋中 置于高溫電爐中進(jìn)行固相燒結(jié)，溫度 800 C，保溫6h3。1.3建筑涂料配方設(shè)計(jì)為了有效減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，采用L9 (43)正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，具體設(shè)計(jì)中不考慮各因素間的相互影響，因素一水平的設(shè)置見表1

7、。表1四因素三水平取用數(shù)據(jù)表A空心微珠B過渡金屬氧化物C碳酸鈣D碳酸鈣晶須125205.45220152.7431510031.4建筑節(jié)能保溫隔熱涂料制備先將各種固體粉末細(xì)磨過 300目篩。稱量一定量的去離子水、 分散劑、乙二醇于燒杯中， 攪拌均勻，并用高速剪切機(jī)剪切，使其分散均勻；加入填料，充分濕潤(rùn)后，再通過高速剪切 使其分散；依次加入乳液2、PCT、成膜助劑、增稠劑、消泡劑等，低速攪拌，使其分散； 加入適量氨水，調(diào)節(jié)乳膠涂料的粘度。1.5保溫涂料性能測(cè)試涂膜性能測(cè)試參照合成樹脂乳液外墻涂料GB/T 9755 2001保溫性能測(cè)試采用80cm*50cm *60cm的泡沫保溫箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，箱子上

8、蓋的是表面光滑的大理石板，其他5個(gè)面用50mm厚的泡沫構(gòu)成4。在大理石板上涂布不同厚度的涂層，在箱子內(nèi)部的固定高度（離大理石板10cm ）裝置玻璃溫度計(jì)，以便于不間斷地監(jiān)測(cè)箱內(nèi)的溫度。將箱子置于紅 外燈下（模擬自然光），測(cè)定涂層下表面溫度。涂層下表面溫度是指涂層下表面在紅外燈照 射達(dá)到同一溫度，且10min內(nèi)不變化時(shí)測(cè)得數(shù)值。2結(jié)果與討論2.1正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表2為正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)處理結(jié)果。根據(jù)表2可以得出以下結(jié)論：按極差Rmax的大小及各因子的重要性順序：At B tD tC。因素A最重要，因素B次之，因素C、D對(duì)涂層下表面溫度影響不大。根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合正交表中的9個(gè)試驗(yàn)結(jié)果：A1B2C

9、1D1的涂層下表面溫度為39C，因此可以作為實(shí)際實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)搭配方案，即空心微珠15g過渡金屬氧化物20g碳酸鈣5.4g碳酸鈣晶須3g。表2正交試驗(yàn)結(jié)果編號(hào)ABCD涂層下表面溫度/c111325421211663132355421216252233686231257731133983222479333140水平1 工1175155162168水平2 工2187181164158水平3 工3126152162162Rmax61292102.2晶須的添加量對(duì)涂料性能的影響由于傳統(tǒng)保溫節(jié)能涂料的顏料體積濃度（PVC）較高，涂層又較厚，常常發(fā)生墻體涂層開裂、脫落現(xiàn)象，同時(shí)涂層的耐洗刷性不高。本課題研究應(yīng)

10、用晶須材料對(duì)涂料進(jìn)行增強(qiáng)改性，意欲改善上述問題。試驗(yàn)表明通過添加一定量的 CaC03晶須時(shí)，涂層的耐洗刷性（GB/T 9755 -2001 ）顯著提高（見表3）,涂層的開裂現(xiàn)象也得到明顯改善，觀察90天，幾乎無任何裂紋，附著力為I級(jí)。表3晶須的添加量對(duì)涂料性能的影響性能添加量543耐洗刷性350032503100耐候性（20d）無異常無異常無異常涂層下表面溫度/C403941圖1添加CaCO3晶須的涂膜形貌顯微鏡照片圖1為添加CaCO3晶須的涂膜形貌顯微鏡照片，從圖1可以看到，CaCO3晶須在涂層中呈無規(guī)則取向排列，晶須分散良好，形成了較好的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能顯著提高涂層強(qiáng)度、附著力、耐洗刷性等

11、6。2.3涂膜厚度對(duì)涂層下表面溫度的影響涂層厚度對(duì)涂料保溫性能的影響見表4。表4涂膜厚度對(duì)涂層下表面溫度的影響涂膜厚度/mm1.52.02.53.03.5涂層下表面 溫度/ C4944413938從表4中可以看出，,隨著涂層厚度的增加，涂膜的隔熱性能不斷提高，當(dāng)達(dá)到3mm 時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)已滿足要求， 如果涂層厚度繼續(xù)增加，保溫性能基本不變，且材料用量會(huì)大幅度增加，工程造價(jià)隨之增加。2.4水性建筑節(jié)能保溫隔熱涂料性能表5所列是經(jīng)優(yōu)化的水性建筑節(jié)能保溫隔熱涂料的主要性能，配方由空心微珠、自制過渡金屬氧化物、高分子中空微乳液以及碳酸鈣、 碳酸鈣晶須按照一定配比組成； 試驗(yàn)結(jié)果表 明。此涂料具有較好的保

12、溫節(jié)能功能，涂料的耐洗刷性、附著力等性能明顯提高， 綜合性能優(yōu)異。符合GB/T 9755 2001中優(yōu)等品的要求。表5水性建筑節(jié)能保溫隔熱涂料綜合性能項(xiàng)目性能容器中狀態(tài)無硬塊，攪拌后呈勻狀態(tài)施工性刷涂二道無障礙低溫穩(wěn)定性不變質(zhì)干燥時(shí)間(表干)/h<2涂膜外觀0.95附著力1柔韌性/mm, <2沖擊強(qiáng)度/cm50耐水性(48h)無異常耐堿性(48h)無異常耐洗刷性3200耐候性(20d)無異常涂層耐溫變性(5次循環(huán))w無異常平均涂層下表面溫度/C403結(jié)語(1) 本課題以自制的自交聯(lián)丙苯乳液為成膜物質(zhì)，并以硅酸鹽類空心微珠、過渡金屬氧化物、晶須、碳酸鈣為填料，制成保溫隔熱涂料。通過對(duì)

13、填料的正交試驗(yàn)，得到最優(yōu)配比，即即空心微珠15g,過渡金屬氧化物 20g，碳酸鈣5.4g，碳酸鈣晶須3g。(2) 通過添加一定量的 CaC03晶須時(shí)，涂層的耐洗刷性顯著提高，涂層的開裂現(xiàn)象 也得到明顯改善，觀察 90天，幾乎無任何裂紋，附著力為I級(jí)。(3) 不同的涂膜厚度同樣影響著節(jié)能保溫性能，試驗(yàn)表明3mm的厚度可以得到較好 的保溫性能，同時(shí)也可以節(jié)省成本。參考文獻(xiàn)：1 王立華薄層防水保溫一體化涂料的研制J.涂料工業(yè)，2007, 37 ( 4): 46 472 A ANAND PRABU, M ALAGAR. Mechanical and thermal studies of intereross-linked n etworks based on silic oni zed polyareth ne-ep-oxy/un sulurated polyester coati ngs J. Progress in Organic Coatings, 2004, 49: 236.3 雷中偉，張英.過渡金屬氧化物系紅外輻射涂料的制備和研究J.佛山陶瓷，2007,17( 1 )：1 44 郭寶民 ,王正武 . 建筑用紅外輻射降溫涂料的研制 J. 涂料工業(yè)， 2007，37( 7)：32 355 Hiroo Tak