水性节能隔热混凝土彩瓦涂料研制

    建筑物通过屋面吸收的热量约占总吸热量的 46%，美国和德国等发达国家在航空及军用等专用涂料的基础上相继开发了用于彩瓦和屋面的反射隔热涂料，如美国太阳能集团公司的 LO/MIT-1,隔热涂料，德国巴斯夫的 ULTRA-Cool涂料被涂物件表面温度可下降5.5-14.5℃。

    近年来，我国的混凝土彩瓦发展迅速，且生产中大多掺加了大量的粉煤灰等灰渣材料，为资源综合利用类环保型产品。但大部分厂家采用普通的水性和油性涂料作为彩瓦涂料，使得屋面吸热问题突出，城市热岛效应严重，建筑能耗居高不下，居室舒适性差。为配合我国建筑节能目标的实施，浙 江华特集团华特化工有限公司研制开发了一种光谱选择性 热反射涂料——  —水性节能隔热混凝土彩瓦涂料（以下简称彩 瓦涂料）。这是近年来兴起的一种被动式降温涂料，它能反射 大量的太阳辐射热于外层空间，减少空调能耗，有显著的节 能效果。

    1.   实 验

    1.1 原材料及仪器设备

    1.1.1   原料

    丙烯酸乳液（罗门哈斯、国民淀粉），硼改性中空陶瓷微珠（进口），无机红外辐射材料（进口），其他颜填料、助剂等。

    1.1.2   仪器设备

    高速分散机，振荡研磨机，自动涂布仪，自动干燥记录仪，反射率测定仪，光泽测定仪，紫外老化仪，隔热试验仪，耐 沾污试验仪，无气喷涂设备等。

    1.2  彩瓦涂料的配方（见表 1）



    1.3  生产工艺

    彩瓦涂料的生产工艺与传统乳胶漆相似。应将红外辐射材料研磨至小于 10μm，并避免中空陶瓷微珠高速剪切而破碎。其生产工艺流程如下:

    （1）先将水、防腐剂、防霉剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂,搅拌混合均匀，用 PH( 调节剂调节PH( 值至 )8.5左右。

    （2）加入红外辐射材料、金红石型钛白粉于卧式砂磨机中研磨至细度小于10μm。

    （3）分别加入乳液、成膜助剂 ,、中空陶瓷微珠及消泡剂,，中速分散。

    （4）加入增稠剂水溶液和冻融稳定剂等，调整至涂料粘度约100KU。

    （5）按定货需要加入色浆，经检验合格后包装入库。

    1.4 性能测试方法

    反射率按GB/T 7287.10-1987《红外辐射加热器光谱法向发射率测量方法》进行测试。    

    导热系数按GB/T 10297《非金属固体材料导热系数的测定》进行测试。

    反射隔热性能参考美国屋顶材料协会和美国材料试验协会的 ASTM D 6083-97以马口铁板为基板，按标准制板，置于测试台上，样品的背面紧贴热电偶，并垫保温材料。正上方挂有一个250W的红外灯，模拟太阳的近红外辐射，灯的高低位置可调，正面温度测量采用 TM6902D 点式数字温度仪，背面温度测量采用数字巡回检测仪。固定红外灯的高度，即可得到相同红外辐照度下不同涂层的下表面温度。   

    其它常规性能按 GB/T 9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》进行测试。

    2. 结果与讨论

    2.1  试验结果

    2.1.1 彩瓦涂料的主要技术指标

    彩瓦涂料的主要技术指标如 2 所示。其它常规性能指标符合合成树脂乳液外墙涂料要求。

                     表 2     彩瓦涂料的主要技术指标



    2.1.2  彩瓦涂料的反射隔热效果

    将以国标 G51001 B02灰色配置的水性节能隔热彩瓦涂料，与普通水性彩瓦涂料和溶剂型氟碳金属漆同时按标准制成试板，并分别测试它们的反射隔热效果，结果见表3。

    表 3 不同彩瓦涂料的反射隔热效果



    2.2  讨论

    2.2.1  反射率与节能效率

     在地球上能接受到的太阳辐射中，红外热辐射和可见光约各占 45%，而红外热辐射主要集中在 0.78-2.5μm波段，大于 ,2.5μm波长的辐射能所占比例小于 5%。入射在涂层上的太阳辐射被吸收、透射或反射，其吸收率 α、透射率 β和反射率 τ之间的关系为：

        α+ β+ ι= 1

    由于彩瓦涂料中存在颜填料，故彩瓦太阳热反射涂料一般不透明，其透射率β近似为 0。因此，只有提高涂层的反射τ，才可以使涂层表面对能量的吸收较少，涂层温度上升的幅度降低。采用高反射率和高折光指数材料是提高涂层反射降温的有效途径。

    2.2.2  辐射致冷作用

     在大气环境中热量吸收和辐射存在马鞍形现象（如图1），在波长 )8 ～13.5μm区域会出现热量辐射大于吸收，采用红外辐射材料的彩瓦涂料能提高这一区域的热辐射，从而可使涂层表面温度比环境低 7-15℃。



    图1 涂层在大气环境中存在热量吸收和辐射马鞍形现象

    2.2.3 隔热作用

    采用特殊成膜工艺形成封闭多孔、低导热系数的涂层，具有良好的隔热效果（见图2），同时提高了涂层的反射能力。


    图 2   彩瓦隔热涂膜的热反射和隔热作用示意

    小 结

    （1）利用硼改性中空陶瓷微珠的热反射作用以及红外辐 射材料的辐射致冷作用，使研制的彩瓦涂料具有优异的隔热 保温性能。与普通彩瓦涂料和目前使用较多的氟碳金属漆相 比，研制的彩瓦涂料可使被涂热辐射物件背面的温度分别下降8-14℃和6-10℃，能降低制冷能耗，减少城市热岛效应， 改善环境质量，提高居室的舒适性。

    （2）彩瓦涂料作为一种新型功能涂料，在住宅、石油化工 储罐、粮储仓库、船舶、车辆、厂房建筑等方面有着十分重要的用途，隔热保温、节能等综合效益良好，并具有广阔的市场前景。