高性能氟碳外墙保温节能乳胶涂料的研制

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pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第加卷第６期 ２０１０年６月 涂料工业

ＰＡＩＮＴ＆ＣＯＡＴＩＮＧＳ ＩＮＤＵＳＴＲＹ Ｖ０１．４０ Ｎｏ．６

Ｊｕｎ．２０１０

高性能氟碳外墙保温节能乳胶涂料的研制

李建涛，蔡会武，夏宝宣，曹香朝，陈敏（西安科技大学化学与化工学院，西安７１００５４）

摘要：从传热学机理出发，针对性地选用原材料，制备了一种集减少３种基本传热为～体，配套使用的底漆、面 漆复合型保温节能功能涂料，探讨了功能填料用督对涂料性能的影响，检测了产品的基本性能。结果表明，该复合型 涂料具有良好的隔热节能效果和施工使用性能，应用前景十分广阔。 关键词：氟碳涂料；保温节能；导热系数；反射率；发射率 中图分类号：ＴＱ

６３０．７

文献标识码：Ａ

文章编号：０２５３—４３１２（２０１０）０６—０００１—０５

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ａｎｄ

Ｅｎｅｒｇｙ——Ｓａｖｉｎｇ Ｅｘｔｅｒｉｏｒ Ｗａｌｌ

Ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ Ｃｏａｔｉｎｇｓ

Ｌｉ Ｊｉａｎｔａｏ，Ｃａｉ Ｈｕｉｗｕ，Ｘｉａ Ｂａｏｘｕａｎ，Ｃａｏ Ｘｉａｎｇｚｈａｏ，Ｃｈｅｎ Ｍｉｎ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ

ａｎｄ

Ｃｈｅｍｉｃａｌ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，舡钿Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ＆ｉｃｎｅｅ ａｎｄ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，瓜锄７１００５４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ—－ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ——ｓａｖｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ

ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｒｉｍｅｒ ａｎｄ ｔｏｐ—ｃｏａｔｉｎｇｓ，ｗｈｉｃｈ ｅｌｉｍｉ—

ｎａｔｅｓ

ｔｈｒｅｅ ｂａｓｉｃ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒｓ ｍｏｄｅｌｓ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｆｉｌｌｅｒ ｄｏｓａｇｅ ｏｎ

ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｃｏａｔ—

ｉｎｇｓ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｈａｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｈｅａｔ—ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ａｎｄ ｆｏｒｍａｎｅｅ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ

ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｇｏｏｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｅｒ－ Ｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ

ｃｏａｔｉｎｇｓ；ｔｈｅｒｍａｌ—ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ａｎｄ

ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ；ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｒｅ— ｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ；ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ 涂料‘４—６１。 ０引 言

１

随着科技的发展，人类对能源需求量的１３益增长，能源问 题业已成为制约人类社会进步的严重障碍。据相关报道，建 筑能耗占全部总能耗的３０％一４０％，且大多是采暖和空调的 能耗，而现今的建筑保温节能材料和方法还不能很好地达到 节能降耗所要求的目标…。建筑节能意义重大。 目前，我国外墙保温体系得到应用的有４种，但都存在各 自的缺点和不足口Ｊ。因此，研制开发新型、薄层、环保、高性 能、复合型的多功能涂料和简捷方便的涂装方法是外墙保温 节能的发展方向。 本研究选用性能优良的氟碳乳液作为成膜基料，氟碳乳 液因其特殊的内部结构而具有光、热稳定性、化学稳定性和超 强耐候性旧Ｊ。从传热的３种基本方式：热传导、热对流及热辐 射入手，选用低导热系数、高反射率夺心微珠、高反射率金红 石型二氧化钛以及高发射率红外辐射粉（自制）为功能填料， 硅酸铝纤维为增强材料，辅以其他填料及助剂。以期研制出一 种多种隔热机理同时起作用的复合型薄层保温节能

［基金项目］陕西省科技厅工业攻关项目（２００７Ｋ０６－０７） 实验部分

１．１实验材料 １．１．１

实验原料

氟碳乳液：北京宝威乳液有限公司。填料：空心玻璃微珠 （５００目）：四川天行健微珠纳米材料有限公司；金红石型二氧 化钛Ｒ～１１ｌ（３２５目）：中外合资上海江沪钛白化工制品有限 公司；超细硅酸铝纤维（８００目）：山西省河津市恒泰化工有限 公司；膨润土（３２５目）：河南省信阳扬帆膨润土厂。助剂：成 膜助剂（Ｔｅｘａｎ０１）ＯＥ３００：美国伊士曼化学公司；分散剂５０４０、 润湿剂ＥＣ－４５００、消泡剂ＸＢＥ２０００、增稠剂ＡＳＥ一６０：北京金 源恒泰精细化工有限公司。堇青石（４００目）：佛山市南海区 罗村胜业耐火材料有限公司；三氧化二铁、二氧化锰、氧化铜、 三氧化二钴：分析纯，市售。

１．１．２实验设备

精密增力电动搅拌器：上海标本模型厂；电热恒温水浴

万方数据

李建涛等：高性能氟碳外墒保温节能乳胶涂料的研制 锅：上海金桥科析仪器厂；电热鼓风干燥箱：河南亚邦电子科 技有限公司；电子控温高温电阻炉：郑州南北仪器设备有限公 司；

电子天平：浙江省慈溪市天平衡器厂；反射率测试装置：自 制；ＤＲＭ—ｌ型导热系数测定仪：湘潭仪器仪表厂；３０２远红外 线发射率测试仪：台湾固纬电子实业有限公司；行星球磨机： 湘潭仪器仪表厂；３２５目筛：浙江省上虞市大亨桥化验仪器厂。 ●２ ３

Ｔａｂｌｅ ｌ

表１五因素四水平正交数据表

Ｔｈｅ ｄａｔａ ｔａｂｌｅ ｏｆ Ｆｉｖｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｆｏｕｒ ｌｅｖｅｌｓ

试验 ：号

因素 三氧化二铁二氧化锰氧化铜三氧化二钴堇青石 ９ ９ 。 ９ ｍ

１．２配方设计 １．２．１

４

红外辐射粉配方设计‘７。８】 ５ ６

ｍ¨挖９

ｎ化ｍ ｍ¨屹ｎ￡ｊ

９

为了有效减少试验次数，采用Ｌ，。（４５）正交表进行正交试 验设计。具体设计中不考虑各因素间的交互影响。因素一水 平的设置见表ｌ。 ７ ８ ９ ｍ¨￡ｊ ９

９佗ｎ

１．２．２涂料配方设计∞。１２］

（Ｉ）底漆的制备：以纯丙乳液为基料，空心玻璃微珠为功 能填料，辅以其他颜填料及助剂。空心玻璃微珠的添加量从

ｌＯ．００－３７．００ ｇ，每隔３．００ ｇ取１个试验点，由单因素试验确 ｍ

ｎ￡１ ９ ｍ屹ｎ ｍ ９

ｍ ｍ屹ｎ ｍ ｎ￡ｊ乃¨协拓 ∞ ∞回岱：８＝ 贷加 ∞加佰竹巧 ｍ¨屹９坩¨挖 ９ ９坦ｎ

定空心玻璃微珠的最佳加入量，以导热系数最小，涂料其他基 本性能以合乎ＧＢ／Ｔ ９７５５－－２００１要求为依据。配方设计见 表２。 ｍ加如∞柏∞加ｍ ∞ 如∞ｍ加

表２底漆配方 Ｔａｂｌｅ ２

Ｐｒｉｍｅｒ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｆｏｒｍｕｌａ

（Ⅱ）面漆的制备：以高性能氟碳乳液为基料，空心玻璃微 珠、金红石型二氧化钛Ｒ—ｌｌｌ、红外辐射粉（自制）为功能填 料，辅以其他颜填料及助剂。 钛的最佳加入量，此时红外辐射粉的加入量确定在１５．００— ２０．００ ｇ之间。以涂料反射率最高，涂料其他基本性能合乎要 求为依据。面漆基本配方见表３，全面试验法用量见表４。 ①由全面试验法，确定空心玻璃微珠和金红石型二氧化 表３面漆配方 Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｏｐ

ｃｏａｔｉｎｇｓ ｆｏｒｍｕｌａ

②由单因素实验确定红外辐射粉的最佳加入量，配方中 空心玻珠和二氧化钛的加入量按步骤①中确定量固定。红外 辐射粉的加入量从１０．００～２６．００ ｇ，每隔２．００ ｇ作为１个试验 点，以涂料在８一１３．５ ｐｒｏ波段的发射率最高，涂料其他基本 性能合乎要求为依据。基本配方见表３。

１．３制备方法 １．３．１红外辐射粉的制备方法

按正交试验表ｌ配料（堇青石除外），在行星磨上湿混

１２ ｈ，烘干，研细，过３２５目筛；所得粉料放入高铝陶瓷坩埚，置 于高温试验电阻炉中，在ｌ ３５０℃下保温３ ｈ。制备的红外辐 万方数据

李建涛等：高性能氟碳外墙保温节能乳胶涂料的研制 翌望銎笔警要妻意２５目筛’再按配方比例加入堇青石’ 混合均匀，得红外辐射粉。 ２结果与讨论 硐不１¨嵋 。

１．３．２氟碳乳胶涂料的制备方法

先将水、润湿剂、分散剂、１／４消泡剂加人反应器，低速搅 拌０．５ ｈ，使之均匀；然后按涂料配方加入空心玻珠、二氧化 钛、红外辐射粉、硅酸铝纤维、膨润土等颜填料和成膜助剂，高 速搅拌１．０ ｈ，得到均匀料浆；再将乳液、剩余３／４消泡剂加入 混合料浆中，低速搅拌０．５ ｈ，加入增稠剂，低速搅拌２．０ ｈ；加 氨水调ｐＨ至８～９即得涂料产品。 ２．１

红外辐射粉配方设计正交试验结果分析

红外辐射粉配方设计正交试验结果分析见表５。 袭５正交结果极差分析表

Ｔａｂｌｅ ５

Ｔｈｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉ－ ｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ

１．４测试方法 １．４．１红外辐射粉发射率的测定

采用３０２远红外线发射率测试仪，温度为２６℃，测试波长 范围为８—１．３５ Ｉｚｍ波段红外辐射粉的发射率。

１．４．２涂料导热系数的测定

用ＤＲＭ一１型导热系数测定仪测定其导热系数。 由表５可知，各因素对红外辐射粉发射率影响主次顺序 为：三氧化二铁＞三氧化二钴＞二氧化锰＞氧化铜＞堇青石 粉。三氧化二铁的加入量为７０．００ ｇ时，产品发射率最高；

二

１．４．３涂料反射率测定

图１是测定涂料反射率的装置¨３】。

氧化锰的加入量为１１．００ ｇ时，产品的发射率最高；氧化铜的 加入量为１１．００ ｇ时，产品的发射率最高；三氧化二钴的加入 量为ｌｏ．００ ｇ时，产品的发射率最高；堇青石的加入量１１０．００

ｇ和１２０．００ ｇ时，产品的发射率最高，为了考虑红外辐射粉的

白度及成本，以１２０．００ ｇ为佳。所以红外辐射粉的配方暂定 为：三氧化二铁７０．００ ｇ，二氧化锰１１．００ ｇ，氧化铜１１．００ ｇ，三 氧化二钴ｌＯ．００ ｇ，墓青石粉１２０．００ ｇ。以此配方，按１．３．１方 法制备红外辐射粉，测得其反射率为９４．２６０，较试验过的配方 略高，说明此正交试验结果得到的是较优配方。 ２．２空心微珠用量对涂料导热系数的影响

随着空心玻璃微珠用量的增加，涂料的导热系数呈迅速

ｌ一稳压电源；２—５００ ｗ碘钨灯；３一聚笨乙烯泡沫塑料；４一反射 减小的趋势（如图２所示）。

涂料；５一试板；６一热电偶示温计 图１

Ｆｉｇ．１

涂料反射率测试仪示意图 ｃｏａｔｉｎｇｓ

Ｔｈｅ ｄｒａｗｉｎｇ ｏｆ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｅｒ ＝＿

将涂料涂在１５０

ｉｒｌｍ×７０ ｍｍ×０．５ ｍｉｌｌ的钢板上，置于烘

岔 ●

箱中，于（１０５±５）℃恒温下烘烤２－３ ｈ。调节室温为２８．８℃； 将２块喷涂黑磁漆的样板相距５０ ｍｍ平行放在聚苯乙烯泡沫 上，涂漆的一面朝上，其中心放在灯泡下；调节灯泡和样板之 间的距离，使２块样板在３０ ｒａｉｎ内达到平衡温度８７．８℃；然 后立即撤走一块黑样板，换上一块待测热反射的漆板；１５ ｒａｉｎ 量 ● 邕 ＼

蜊 僻 《 如

后，记录平衡时反射漆样板的温度，然后按式（１）计算涂料的 热反射率： Ｐ＝（ｔｆｌ啦ｉ一‘实酒）／（‘实舅一ｔ１１１１）＝（‘熏扳一￡，）／（ｔ。一‘童沮） 式（１） ｒｉｇ．２ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈｏｌｌｏｗ

ｔｉｖｉｔｙ

ｍ（空心玻珠量）／ｇ 图２空心玻璃微珠用量对涂料导热系数的影响曲线 ｇＩａ鼬ｂｅａｄｓ ｄｏｓａｇｅ

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