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摘要

現(xiàn)代建筑由于對(duì)節(jié)能及裝飾方面的需求日益提升，對(duì)墻體裝飾面涂層隨之提出了隔熱保溫性能的要求。水包水多彩涂料作為新型的仿巖石豪華效果的外墻涂料，市場上對(duì)其也提出了反射隔熱性能的要求。本文就反射隔熱水包水多彩涂料的制備及應(yīng)用進(jìn)行研究，在原有的配方體系中，通過對(duì)施工耗量、ALTIRIS? 550反射隔熱鈦白、反射隔熱冷顏料影響因素研究，得到反射隔熱性能優(yōu)異的反射隔熱水包水多彩涂料涂料在線coatingol.com。

關(guān)鍵詞：反射隔熱多彩涂料；反射隔熱鈦白；水包水涂料；反射隔熱冷顏料

發(fā)展綠色建筑已經(jīng)成為當(dāng)前建筑節(jié)能降耗工作的重點(diǎn)，而綠色建筑的發(fā)展離不開節(jié)能、環(huán)保、綠色產(chǎn)品的應(yīng)用。近年來，建筑反射隔熱涂料作為一種新的功能型建筑涂料，涂覆在建筑物外墻或屋面時(shí)，可以有效降低太陽輻射熱在建筑物外墻或屋面的累積，減少夏季通過建筑墻體或屋面?zhèn)魅氲绞覂?nèi)的熱量，從而降低空調(diào)能耗，改善室內(nèi)環(huán)境舒適度，水包水多彩涂料因其逼真的仿巖石效果得到市場的青睞，也是目前市場中主流的外墻涂料。而結(jié)合建筑低碳節(jié)能的政策潮流，使用具有反射隔熱性能的功能性材料，制備而成的反射隔熱水包水多彩涂料會(huì)是高端市場的一種選擇。通常反射隔熱涂料根據(jù)隔熱機(jī)理的不同，可分為阻隔型、反射型和輻射型，在建筑涂料中的應(yīng)用為反射型和輻射型。本研究在水包水多彩涂料基礎(chǔ)上，采用國內(nèi)外已經(jīng)大規(guī)模量產(chǎn)化的無機(jī)顏料、填料來調(diào)配水包水多彩成品漆，然后在應(yīng)用過程中分別對(duì)涂層的太陽光反射比、近紅外反射比、半球發(fā)射率進(jìn)行了測試、討論，進(jìn)一步探討反射隔熱水包水多彩涂料的研究及應(yīng)用。

試驗(yàn)部分

主要原材料

保護(hù)膠GS，上海網(wǎng)格國際貿(mào)易有限公司；反射隔熱鈦白粉ALTIRIS? 550，亨斯邁化工；金紅石鈦白902+，杜邦；反射隔熱彩砂，江陰采麟；空心玻璃微球20-30μm，阿克蘇諾貝爾；纖維素250HBR，亞什蘭；去離子水、助劑等。

主要設(shè)備

SFJ-400變頻分散機(jī)、SSR-ER太陽光譜反射率儀、Datacolor200M分光光度計(jì)、W77多彩噴槍、GFX鼓風(fēng)干燥箱、水包水造粒機(jī)、AE1/RD1輻射率儀、電子秤

反射隔熱水包水多彩涂料的制備

保護(hù)膠溶液的制備

加固溶液的組成成分見表1。

表1? 加固液的配方

造粒溶液的組成成分見表2。

表2? 造粒液的配方

在分散容器中加入稱量好的去離子水，并將分散機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)至400-500rpm。緩慢地將稱量好的GS粉體加入至分散容器中，并不斷地提升分散機(jī)轉(zhuǎn)速至1500-1800rpm，分散50-60min，制得加固溶液和造粒溶液，留作備用。

基礎(chǔ)漆的制備

調(diào)色基礎(chǔ)漆的配方見表3。

表3? 基礎(chǔ)漆的配方

在分散容器中加入稱量好的去離子水，將分散劑轉(zhuǎn)速開至400-600rpm，按配方比例依次加入鈦白粉550、纖維素、分散劑、AMP-95、消泡劑，隨著粘度的升高提高分散劑轉(zhuǎn)速至1300-1800rpm，高速分散15-20min。測試漿料細(xì)度＜50μm后，降低分散機(jī)轉(zhuǎn)速至800-1000rpm，依次加入乳液、Texanol、丙二醇、消泡劑、防腐劑，分散5-10min，最后加入加固溶液，分散10min左右，制得基礎(chǔ)漆留作備用。

連續(xù)相的制備

連續(xù)相配方見表4。

表4? 連續(xù)相的配方

將分散機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至300-500rpm，按照配方比例依次加入各個(gè)組份原材料。在加入增稠劑時(shí)，根據(jù)實(shí)際粘度變化提高分散機(jī)轉(zhuǎn)速至700-1000rpm，分散5min后制得連續(xù)相。

反射隔熱水包水成品的制備

反射隔熱水包水多彩成品配方見表5。

表5? 反射隔熱水包水成品的配方

按照配方比例先加入造粒液，然后加入調(diào)好顏色的各色彩點(diǎn)。先預(yù)切然后使用造粒機(jī)進(jìn)行過篩造粒，得到大小合適的多彩彩點(diǎn)。然后按照配方比例加入連續(xù)相乳液，使用四葉槳40-150rpm低速攪拌進(jìn)行混合，最后使用增稠劑將成品調(diào)整至合適粘度，攪拌5min制得反射隔熱水包水多彩成品涂料。

測試樣板漆膜制備

測試均在鋁板上進(jìn)行，制膜方式按照J(rèn)G/T235-2014進(jìn)行制膜。先使用200μm線棒在鋁板上刮涂配套中層漆，刮涂2遍。待中涂干燥后，再使用多彩專用噴槍噴涂反射隔熱水包水涂料。在溫度為23±2℃、濕度為55±5的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)168h后，進(jìn)行測試。

結(jié)果與討論

施工應(yīng)用實(shí)驗(yàn)對(duì)比

反射隔熱水包水是仿大理石、花崗巖的造型涂料。其顏色與效果并非均勻一致，其施工會(huì)影響到漆膜的顏色與整體效果，從而影響到它的反射隔熱性能。在此討論研究其施工耗量、罩面清漆是否會(huì)對(duì)其反射隔熱性能產(chǎn)生影響。

使用與中層漆L*值相接近的反射隔熱水包水主材見表6，分別對(duì)比0-0.7kg/m2，施工耗量對(duì)比涂層的近紅外反射比（NIR）、太陽光反射比（TSR）、半球發(fā)射率。其結(jié)果見表7、圖1。

表6? 反射隔熱水包水各彩點(diǎn)占比

注：將多彩成品制膜L*=75，NIR=0.82，TSR=0.63，半球發(fā)射率=0.93

表7? 不同施工耗量下的反射隔熱性能對(duì)比

注：半球發(fā)射率、TSR都符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，NIR需要大于L*/100，才能滿足JG/T235-2014標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 ? 相近顏色情況下不同鈦白及用量對(duì)可見光反射率影響

注：樣品顏色相近，L*都在60左右。

所以當(dāng)TSR＞0.4，NIR＞0.6，半球發(fā)射率＞0.85為合格

數(shù)據(jù)顯示，由于中層漆與反射隔熱水包水主材L*較為接近，隨著施工耗量的遞增，涂層的TSR基本保持不變，都符合JG/T235-2014的TSR要求，這是因?yàn)門SR主要由涂層顏色本身決定的，施工耗量不影響涂層的TSR和半球發(fā)射率。當(dāng)施工耗量為0（未施工水包水多彩）時(shí)，中層漆的NIR性能不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。但隨著施工耗量的增加，涂層NIR會(huì)有明顯的提升，當(dāng)施工耗量大于等于0.6kg/m2后，NIR基本保持不變，因?yàn)楫?dāng)施工耗量達(dá)到0.6kg/m2時(shí)，反射隔熱水包水已經(jīng)完全覆蓋了中層漆，測試的數(shù)據(jù)均為反射隔熱水包水的數(shù)據(jù)，不再受中層漆的影響。因此接下來的實(shí)驗(yàn)測試中，均采用施工耗量為0.6kg/m2進(jìn)行測試。

色漿種類及用量對(duì)反射隔熱水包水反射隔熱性能的影響

涂料的調(diào)色是通過在白色或低遮蓋的涂料中添加顏料來實(shí)現(xiàn)的，而涂料顏色的主要性能取決于其使用的顏料性能和含量。除鈦白粉（TiO2）以外，由于傳統(tǒng)的無機(jī)顏料和有機(jī)顏料對(duì)涂料熱反射性能影響較大，所以絕大多數(shù)傳統(tǒng)顏料不適合應(yīng)用于彩色熱反射隔熱涂料體系。

冷顏料通常是指具有高的太陽光反射比、耐候性良好，并且自身化學(xué)穩(wěn)定性非常優(yōu)異的一類顏料。冷顏料大多數(shù)都是由幾種金屬混合物在經(jīng)過高溫（800℃以上）煅燒后化合而成，其主要成分是復(fù)合無機(jī)物，所以也叫復(fù)合無機(jī)顏料。

好的冷顏料，在保證著色力的前提下，如何提升其自身的近紅外反射比就成為了生產(chǎn)制造的關(guān)鍵。特別是應(yīng)用在建筑外墻的涂裝，既要保證自身優(yōu)異的耐候及耐溫變性能，又要兼?zhèn)浞瓷涓魺岬哪芰Α?/p>

美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）根據(jù)顏料近紅外的反向散射測試結(jié)果，將顏料進(jìn)行了分級(jí)，分為強(qiáng)、中、弱近紅外散射性顏料，具體分類如表8所示。從表8可以看出，冷顏料大多數(shù)屬于強(qiáng)、中近紅外散射性顏料。

表8? 顏料近紅外反向散射能力分類

由于本次測試主要針對(duì)多彩涂料，多彩涂料的彩點(diǎn)調(diào)色相對(duì)簡單，在實(shí)際使用中鐵紅、鐵黃、炭黑基本可以滿足調(diào)色需求，故本次實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)鐵紅、鐵黃、碳黑來進(jìn)行測試。分別使用科萊恩化工N131-CN黑、100-CN紅、130-CN黃等3款普通色漿，與IR-R1 0 0-CN黃、IR-G1 0 0-CN紅、IR100-CN黑這3款經(jīng)過處理的反射隔熱冷顏料進(jìn)行對(duì)比測試。將調(diào)好顏色的各個(gè)彩點(diǎn)分別造粒，制作成單色點(diǎn)的反射隔熱水包水涂料，并以0.6kg/㎡的施工耗量進(jìn)行噴涂。分別選用與反射隔熱水包水涂料相近顏色的乳膠漆，作為測試中層背景漆。對(duì)比測試對(duì)可見光的反射率，其結(jié)果見表9、表10、表11。

表9? 黑色色漿對(duì)比測試

表10? 紅色色漿對(duì)比測試

表11? 黃色色漿對(duì)比測試

綜合表9、表10、表11可知，使用1%炭黑調(diào)色后，NIR和TSR數(shù)值已經(jīng)很低，因?yàn)樘亢趯?duì)全部的太陽光具有強(qiáng)烈的吸收，導(dǎo)致整個(gè)涂層基本沒有了反射隔熱性能，故在反射隔熱體系中不能使用炭黑色漿。當(dāng)色漿（普通的炭黑、鐵黃、鐵紅色漿以及反射隔熱黑、黃、紅色漿）用量添加至4%時(shí)，彩點(diǎn)均不能正常造粒而變成糊狀，這是因?yàn)樯珴{在研磨過程中會(huì)添加大量的分散潤濕劑，多彩基礎(chǔ)漆中如果潤濕分散劑含量過高時(shí)，會(huì)影響保護(hù)膠對(duì)彩點(diǎn)的包裹性，導(dǎo)致彩點(diǎn)不能正常造粒而變成糊狀，所以色漿的添加量最多為3%。

從表中可知，當(dāng)使用普通色漿進(jìn)行調(diào)色，其NIR數(shù)值只是略大于其L*/100，當(dāng)使用反射隔熱色漿進(jìn)行調(diào)色時(shí)，其NIR數(shù)值會(huì)高出其L*/100很多。NIR數(shù)值越高，對(duì)近紅外反射率就越高，其反射隔熱性能也會(huì)更為優(yōu)異。

鈦白種類及用量對(duì)反射隔熱水包水反射隔熱性能的影響

顏填料作為反射隔熱的主要作用物質(zhì)，其中鈦白粉是最好的紅外反射顏料，也是水包水多彩涂料中主要的填料物質(zhì)。鈦白粉對(duì)可見光的反射效率，會(huì)影響整個(gè)水包水涂層對(duì)可見光的反射性能。所以在反射隔熱涂層體系中，鈦白粉種類及用量是配方設(shè)計(jì)最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在施工耗量為0.6kg/m2，使用反射隔熱色漿進(jìn)行調(diào)色的情況下，對(duì)比測試杜邦902+及亨斯曼ALTIRIS550兩種鈦白粉及不同用量對(duì)可見光的反射率，其結(jié)果見表12、表13、圖1。

表12? 相同色漿用量情況下的不同鈦白及用量對(duì)反射隔熱性能影響

注：以上測試樣品均加入1%IR-G 100-CN紅，

1% IR-R 100-CN黃，1% IR 100-CN黑進(jìn)行調(diào)色。

表13? 相近顏色情況下不同鈦白及用量對(duì)反射隔熱性能影響

由表13可知，在相同色漿用量的情況下，902+普通鈦白的L*值要高出ALTIRIS? 550鈦白很多，可以得出，普902+對(duì)顏料的消色能力要高于ALTIRIS? 550，但使用902+的涂層對(duì)近紅外反射要求均不符合JG/T235-2014要求，測試不通過。使用ALTIRIS? 550 的涂層在用量達(dá)到5% 時(shí)，可以符合JG/T235-2014要求，測試通過。

由表10可知，當(dāng)我們對(duì)顏色進(jìn)行固定，902+添加量在3%-8%時(shí)，涂層的NIR數(shù)值較低不符合要求，可得知，902+對(duì)近紅外光的反射率較差，不符合JG/T235-2014標(biāo)準(zhǔn)要求，所以902 + 不適合應(yīng)用在反射隔熱水包水體系中。當(dāng)ALTIRIS? 550用量低于3%時(shí)，其反射隔熱性能也不理想，涂層NIR測試數(shù)據(jù)要略低于L*/100，是不符合JG/T235-2014標(biāo)準(zhǔn)要求的。當(dāng)添加量為5%時(shí)，涂層NIR測試數(shù)據(jù)要略高于L*/100一點(diǎn)，雖然產(chǎn)品符合JG/T235-2014標(biāo)準(zhǔn)要求，但配方寬容度較差。當(dāng)添加量為8%時(shí)，涂層NIR測試數(shù)據(jù)要高于L*/100很多，配方寬容度較好，當(dāng)添加量為10%時(shí)，涂層NIR測試數(shù)據(jù)與添加量為8%時(shí)較為接近。所以，當(dāng)ALTIRIS? 550添加量為5%-8%時(shí)即可。

結(jié) 語

1、當(dāng)反射隔熱水包水多彩涂料，在不具備反射隔熱性能的中層漆上達(dá)到一定的覆蓋率時(shí)（施工耗量大于等于0.6kg/m2后），NIR基本保持不變，因?yàn)楫?dāng)施工耗量達(dá)到0.6kg/m2后，反射隔熱水包水主材已經(jīng)完全覆蓋了中層漆，測試的數(shù)據(jù)均為反射隔熱水包水的數(shù)據(jù)，不再受中層漆的影響。

2、普通的炭黑色漿對(duì)近紅外反射、太陽光反射的影響非常大，即便只加入1%含量，NIR、TSR數(shù)值已經(jīng)接近0，因此在反射隔熱中不建議加入普通炭黑色漿進(jìn)行調(diào)色。

3、反射隔熱紅、黃色漿與普通鐵紅、鐵黃色漿相比，對(duì)近紅外光具有更高的反射率，從而對(duì)反射隔熱性能的提升會(huì)有較大的幫助。但如果反射隔熱色漿調(diào)色達(dá)不到預(yù)期的效果時(shí)，可以嘗試使用普通色漿進(jìn)行搭配使用，使反射隔熱水包水既有良好的裝飾效果，又有優(yōu)異的反射隔熱性能。

4、當(dāng)色漿加入量過大（>4%）時(shí)，色點(diǎn)造粒出現(xiàn)發(fā)糊現(xiàn)象，因此在多彩基礎(chǔ)漆中不建議加入過多的色漿。

5、使用杜邦902+鈦白粉作為填料，不管是相同的色漿添加量，還是相近顏色下，做出的成品水包水涂料反射隔熱性能均明顯弱于用亨斯曼ALTIRIS? 550反射隔熱鈦白粉。

6、使用ALTIRIS? 550鈦白粉作為填料，當(dāng)添加量為5-8%時(shí)，水包水多彩涂料的反射隔熱性能是可以滿足要求的。