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砂磨機(jī)在超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料中的作用

摘要:在當(dāng)今世界倡導(dǎo)節(jié)能減排和生態(tài)綠色的潮流中，隔熱材料正由工業(yè)隔熱保溫為主向建筑隔熱保溫為主轉(zhuǎn)變。上海世博會(huì)已經(jīng)展示出建筑隔熱保溫在提高建筑物居住和使用功能、節(jié)約能源等方面的成就，我們應(yīng)該更加重視研發(fā)與推廣應(yīng)用建筑隔熱保溫涂料。介紹了杭州傳化涂料有限公司研制的超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料的制造，討論了材料的選擇與優(yōu)化，以及應(yīng)用試驗(yàn)中超過進(jìn)口同類產(chǎn)品的隔熱效果。

    關(guān)鍵詞:隔熱保溫;節(jié)能減排;涂料;研發(fā);空心陶瓷微珠

    0前言

    墻體保溫是建筑節(jié)能的重要一環(huán)。國外建筑節(jié)能用絕熱材料占絕熱材料總量的比重很大，如美國1997年以來建筑用絕熱材料占所有絕熱材料的81%左右，瑞典、芬蘭等歐洲國家80%以上的巖礦棉制品用于建筑節(jié)能。而在我國能源消耗中，建筑能耗占全國能源消耗總量的1/3，而建筑用絕熱材料僅占總量的10%左右(且多為不耐高溫的有機(jī)保溫材料)，可見新型建筑隔熱保溫涂料市場(chǎng)潛力巨大[1]。當(dāng)前，我國隔熱材料正由工業(yè)隔熱保溫為主向建筑隔熱保溫為主轉(zhuǎn)變，隔熱保溫材料是今后主要發(fā)展方向之一。新型建筑隔熱涂料因經(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。國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局1998年5月發(fā)布了硅酸鹽復(fù)合隔熱涂料國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T17371-1998)，為生產(chǎn)和應(yīng)用者提供了硅酸鹽隔熱涂料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。住建部2006年發(fā)布的《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定新建建筑應(yīng)該采用隔熱保溫措施節(jié)能60%以上[1]。因此，未來建筑使用隔熱保溫涂料是發(fā)展趨勢(shì)[2]。涂料的耐熱性與有機(jī)高聚物基料有關(guān)，還與組成涂料的顏填料有關(guān)[3-4]。隔熱涂料的基料樹脂組分應(yīng)具有吸熱、散熱和隔熱能力，同時(shí)加入空心玻璃粉等耐熱隔熱填料。涂料的保溫性要求涂料具有在一定溫度下能蓄熱、貯能、隔熱等性能。以丙烯酸乳液為基料，空心玻珠為填料制得的涂料固化形成的涂膜既具有保溫材料的共性，又有中空質(zhì)輕、節(jié)能減耗明顯等特性[5-7]。按照熱量傳遞的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射3種機(jī)理，隔熱保溫涂料相應(yīng)分為阻隔型隔熱保溫涂料、反射型隔熱保溫涂料和輻射型隔熱保溫涂料3類。一種隔熱效果良好的涂料常需要將2種或更多種隔熱機(jī)理設(shè)計(jì)于同一配方里。各種隔熱保溫涂料原料各有其特點(diǎn)，可進(jìn)行復(fù)配，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，研制出性能優(yōu)良的復(fù)合型隔熱保溫涂料。不同的隔熱保溫涂料和保溫材料組合，可以制得既隔熱又保溫的外墻外保溫系統(tǒng)，也可制得以隔熱為主的外墻外保溫系統(tǒng)，這也是外墻外保溫涂料的發(fā)展趨勢(shì)[8]。杭州傳化涂料有限公司2006年承擔(dān)國家星火計(jì)劃項(xiàng)目研制的“超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料”，同時(shí)具備反射型隔熱涂料和輻射型隔熱涂料的特點(diǎn)。經(jīng)國家化學(xué)建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，符合國標(biāo)GB/T9755-2001《合成樹脂乳液外墻涂料》優(yōu)等品指標(biāo)的要求;隔熱性能指標(biāo)按照軍標(biāo)GJB/T2502-1995《衛(wèi)星熱控涂層試驗(yàn)方法》檢測(cè):太陽熱吸收比為0.13(即涂層反射了87%的太陽熱輻射)。經(jīng)國家紅外及工業(yè)電熱產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)檢測(cè):法向熱發(fā)射率為0.796，隔熱效果明顯。

    1超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料的制備

    1.1主要原材料

    采用自行合成的自交聯(lián)型丙烯酸共聚乳液與去離子水、清華大學(xué)研制的納米抗老化劑、進(jìn)口金紅石型鈦白粉和紅外輻射顏料、用于美國宇航空間站的陶瓷空心微珠和進(jìn)口助劑(日本產(chǎn)氨鹽分散劑和潤濕劑、英國產(chǎn)防腐防霉防藻劑、美國產(chǎn)增稠劑、美國伊士曼公司產(chǎn)成膜助劑、消泡劑)，經(jīng)過配方優(yōu)化設(shè)計(jì)制造而成。

    1.2主要儀器設(shè)備

    1.2.1中試設(shè)備

    33kW高速分散機(jī)2臺(tái);2m3分散缸1只;2m3調(diào)漆缸1只;中轉(zhuǎn)拉缸1只。

    1.2.2其他生產(chǎn)設(shè)備

    高速分散機(jī)、調(diào)漆缸、砂磨機(jī)、隔膜泵、精密捕集器、濃漿泵、膠體磨等。

    1.2.3主要儀器

    配色儀、恒溫恒濕機(jī)、耐洗刷儀、耐沾污沖洗裝置、紫外光老化儀及附件、噴涂機(jī)、磨耗儀、耐鹽霧試驗(yàn)箱、數(shù)顯壓力試驗(yàn)機(jī)、飾面磚粘結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)儀、電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)、動(dòng)態(tài)抗開裂試驗(yàn)儀、水分快速測(cè)定儀、氣相色譜儀等。

    1.3生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)工藝

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    將一定量的去離子水加入分散缸中，加入分散劑、消泡劑中速攪拌均勻。邊攪拌邊加入鈦白粉和紅外輻射顏料高速分散到細(xì)度小于30μm，轉(zhuǎn)入調(diào)漆缸。邊攪拌邊加入防腐防霉防藻劑、成膜助劑和抗凍劑，緩慢加入一定量的自交聯(lián)純丙烯酸乳液和消泡劑?？刂茢嚢杷俣龋跀嚢柘戮徛尤敫魺嵬苛瞎δ芸招奶砑觿?，攪拌至均勻無顆粒，再用增稠劑調(diào)整到合適的黏度，調(diào)色后(或白色)過濾包裝，出廠檢測(cè)合格后入庫。

 1.4中控指標(biāo)(見表1)

表1產(chǎn)品中控指標(biāo)

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    1.5應(yīng)用試驗(yàn)性能技術(shù)指標(biāo)與實(shí)測(cè)結(jié)果(見表2)

表2 產(chǎn)品應(yīng)用試驗(yàn)性能

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    注:太陽熱吸收比為0.13即涂層反射了87%的太陽熱輻射，法向熱發(fā)射率為0.796即79.6%的熱量被發(fā)射到外層空間。

    2材料選擇與優(yōu)化

    在本項(xiàng)目產(chǎn)品的研制中要解決2個(gè)技術(shù)難題:一是涂料本身能夠盡可能多地反射太陽熱量，減少太陽熱量的吸收;二是將未被反射掉的太陽熱量盡可能多地輻射出去，達(dá)到隔熱的目的。本項(xiàng)目研制產(chǎn)品超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料同時(shí)具備反射型隔熱涂料和輻射型隔熱涂料的特點(diǎn)。為達(dá)到目標(biāo)，需要選擇合成適合的乳液(基料)以確保涂料的耐久性和耐沾污性，因?yàn)檎次蹠?huì)直接影響涂層的反射效果，隨著耐沾污性下降涂層的反射效果也隨著下降。另外，需要對(duì)顏填料進(jìn)行篩選，以最經(jīng)濟(jì)的方法獲得最佳的反射和輻射效果。

    2.1乳液的選擇

    相同PVC(35%)條件下，通過選用不同的乳液進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果如表3。

表3 選用不同的乳液試驗(yàn)比較

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    從表3可以看出，乳液3的UV老化變色和耐沾污性都是最好，初步選定用委托定制的自交聯(lián)乳液3作為試驗(yàn)乳液

 2.2顏料的選擇

    相同PVC(35%)條件下，通過選用不同的顏料進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果如表4。

表4 選用不同的顏料試驗(yàn)比較

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    從表4可以看出，鈦白粉R-706的UV老化變色和耐沾污性都是最好，最終選擇R-706鈦白粉作為白色顏料。

    2.3填料的選擇

    在乳液和顏料確定后，填料的選擇對(duì)涂料隔熱效果的影響至關(guān)重要，通過選用不同的填料進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果如表5。

表5 選用不同的填料試驗(yàn)比較

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    在地球上能接受到的太陽輻射中，紅外熱輻射和可見光約各占45%，而紅外熱輻射主要集中在0.76～20μm波段范圍內(nèi)。入射在涂層上的太陽熱輻射被吸收、透射和反射，其吸收比α、透射比β和反射比τ之間的關(guān)系為:

    α+β+τ=1

    由于隔熱涂料中存在顏填料，故隔熱涂料一般不透明，其透射比β近似為0。因此，只有提高涂層的反射比τ，才可以使涂層表面對(duì)太陽熱輻射的吸收減少，涂層溫度上升的幅度降低。從表5可以看出隔熱涂料用陶瓷空心微珠具備很好的反射功能，從而大大減少涂層的吸收(太陽熱吸收比為0.13即涂層反射了87%的太陽熱輻射)。

    2.4陶瓷空心微珠用量的選擇

    陶瓷空心微珠的用量對(duì)涂層太陽熱吸收比的影響結(jié)果見表6。

表6 陶瓷空心微珠的不同用量試驗(yàn)比較

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    由表6可以看出:隨著涂料用陶瓷空心微珠的用量增加，太陽熱吸收比下降，但用量超過8%以后，變化較小。由于陶瓷空心微珠價(jià)格較高，為節(jié)約成本，我們選擇8%用量做試驗(yàn)。
2.5紅外輻射顏料用量的選擇

    紅外輻射顏料用量對(duì)涂層發(fā)射率的影響結(jié)果見表7。

表7 紅外輻射顏料的不同用量試驗(yàn)比較

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    由表7可以看出:隨著紅外輻射顏料的用量增加，發(fā)射率上升，但用量超過4%以后，變化較小。由于紅外輻射顏料價(jià)格較高，為節(jié)約成本，我們選擇4%用量做試驗(yàn)。涂層通過減少太陽熱吸收和提高對(duì)已吸收部分熱量的發(fā)射，從而達(dá)到隔熱的目的。

    3應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果

    項(xiàng)目產(chǎn)品超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料在傳化集團(tuán)公寓8#、9#集體宿舍樓屋頂應(yīng)用(屋頂防水層為黑色油毛氈，涂裝體系為:水性抗堿封閉底漆EC102一道，超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料TW868二道(白色)，測(cè)試時(shí)間為下午1點(diǎn)，測(cè)試儀器為紅外測(cè)溫儀)，取得了較好的隔熱效果，見表8。

表8 超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料屋頂實(shí)測(cè)效果

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    由表8可以看出，在有陽光照射時(shí)，隔熱涂料可大大降低屋頂表面溫度，最大溫差為20.5℃。試驗(yàn)室隔熱對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表9(樣板基材為石棉水泥板，熱源為250W紅外燈泡，燈泡到板面之間距離為10cm，照射時(shí)間為30min，測(cè)試儀器為紅外測(cè)溫儀)。

表9 超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料試驗(yàn)室對(duì)比試驗(yàn)效果

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    由表9可以看出，涂抹和未涂抹隔熱涂料的石棉水泥板背面溫度相差40.6℃，隔熱效果十分明顯;涂抹外墻白色乳膠漆和涂抹隔熱涂料的石棉水泥板背面溫度相差13.8℃，隔熱效果也十分明顯。而且，這種溫差會(huì)隨熱源功率的提高而加大。與國外同類產(chǎn)品對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表10(樣板基材為彩鋼板，熱源為250W紅外燈泡，燈泡到板面之間距離為10cm，照射時(shí)間為30min，測(cè)試儀器為紅外測(cè)溫儀)。

表10 與國外同類產(chǎn)品對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

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    由表10可以看出，在彩鋼板上涂裝隔熱涂料，項(xiàng)目產(chǎn)品的背面溫差高于進(jìn)口產(chǎn)品，表明項(xiàng)目產(chǎn)品的隔熱效果超過進(jìn)口同類產(chǎn)品。

    4結(jié)語

    目前，隔熱材料正由工業(yè)隔熱保溫為主向建筑隔熱保溫為主轉(zhuǎn)變。建筑物涂刷隔熱保溫外墻涂料是目前建筑節(jié)能最有效的簡(jiǎn)便節(jié)能方式之一。借上海世博會(huì)東風(fēng)，我們應(yīng)該更加重視研發(fā)與推廣應(yīng)用建筑隔熱保溫涂料。超薄節(jié)能型外墻隔熱涂料產(chǎn)品同時(shí)兼?zhèn)浞瓷湫秃洼椛湫蛢深惛魺嵬苛系膬?yōu)點(diǎn)，反射和輻射性能優(yōu)異;抗紫外線性能強(qiáng)，耐候性好，保光保色;耐水透氣，防霉防藻，耐沾污性好，反射效果持久;隔熱效果已與進(jìn)口同類產(chǎn)品媲美，值得推廣應(yīng)用。