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，并具有較好的隔熱效果。經(jīng)檢測各項性能優(yōu)異。關(guān)鍵詞：自交聯(lián)乳液；保溫；隔熱機(jī)理；晶須1Preparationofwaterenergy-savingandheat-insulationcoatingsforbuildingsandit'sapplicationLuoKan,YaoBo-long,YangT

2、ong-hua,LiLi-tao(SchoolofChemicalandMaterialEngineering,JiangnanUniversity,WuxiJiangsu214122)Abstract:Aheat-insulationispreparedfromselfcross-linkablestyrene-acrylicemulsionasfilm-formingsubstanceandsilicatecenosphere,transitionmetaloxides,whiskerandCaCO3asfillers.Thecoatingsshowsexcellentproperties

3、includinganti-washing,anti-water,goodadhesionandmechanicalperformanceect,especiallyit'sgoodheatinsulationaftercured.Allthetechnicalperformancearequalifiedtoauthorizedstandards.Keywords:selfcross-linkableemulsion;heat-insulation;insulationmechanism;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，

4、將對新住宅規(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，且干燥時間較長，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，而且還存在著吸水率較高，需設(shè)有防水層或保護(hù)層，不抗振動，使用壽命短等缺點。涂料隔熱的方式分為阻隔熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射三類，因而研發(fā)主要從這三方面著手，基金項目江蘇省環(huán)保科技項目(2005025)作者簡介：羅侃(1984-),

5、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、輻涂等方法施工，涂裝方法簡單，可節(jié)省大量的人力、物力。1實驗部分1.1 原材料基料：自交聯(lián)丙苯乳液：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、濕潤分散劑；增稠劑；消泡劑等1.2 復(fù)合過渡

6、金屬氧化物制備以Fe2O3、MnO2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，放入陶瓷塔鍋中置于高溫電爐中進(jìn)行固相燒結(jié)，溫度800C,保溫6h3。1.3 建筑涂料配方設(shè)計為了有效減少實驗次數(shù)，采用L9(43)正交表進(jìn)行正交實驗，具體設(shè)計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。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、

7、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 保溫涂料性能測試1.5.1 涂膜性能測試參照合成樹脂乳?外墻涂料GB/T975520011.5.2 保溫性能測試采用80cm*50cm*60cm的泡沫保溫箱進(jìn)行實驗，箱子上蓋的是表面光滑的大理石板，其他5個面用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，以便于不間斷地監(jiān)測箱內(nèi)的溫度。將箱子置于紅外燈下（模擬自

8、然光），測定涂層下表面溫度。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)不變化時測得數(shù)值。2結(jié)果與討論2.1 正交實驗結(jié)果分析表2為正交實驗結(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：A-B-D-C。因素A最重要，因素B次之，因素C、D對涂層下表面溫度影響不大。根據(jù)實際情況，結(jié)合正交表中的9個試驗結(jié)果：A1B2C1D1的涂層下表面溫度為39C,因此可以作為實際實驗的最優(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正父試驗結(jié)果ABCD溫度/c11132542121166313235542121

9、6252233686231257731133983222479333140水平121175155162168水平222187181164158水平3S3126152162162Rmax61292102.2 晶須的添加量對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，同時涂層的耐洗刷性不高。本課題研究應(yīng)用晶須材料對涂料進(jìn)行增強(qiáng)改性，意欲改善上述問題。試驗表明通過添加一定量的CaCO3晶須時，涂層的耐洗刷性(GB/T97552001)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。表3晶須的添

10、加量對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卜表面溫度/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6。2.3 涂膜厚度對涂層下表面溫度的影響涂層厚度對涂料保溫性能的影響見表4。表4涂膜厚度對涂層下表面溫度的影響/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

11、高，當(dāng)達(dá)到3mm時，各項指標(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，且材料用量會大幅度增加，工程造價隨之增加。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；試驗結(jié)果表明。此涂料具有較好的保溫節(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/T97552001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/、變質(zhì)干燥時間(表T)/h<2涂膜外觀0.95附著

12、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))<無異常平均涂層卜表面溫度/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。通過對填料的正交試驗，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CaCO3晶須時，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。(3)不同的涂膜厚度同樣影響著

13、節(jié)能保溫性能，試驗表明3mm的厚度可以得到較好的保溫性能，同時也可以節(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):46472AANANDPRABU,MALAGAR.Mechanicalandthermalstudiesofintereross-linkednetworksbasedonsiliconizedpolyarethne-ep-oxy/unsuluratedpolyestercoatingsJ.ProgressinOrganicCoatings,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)：32355