热固型反射隔热涂料的制备与研究

玉 渊，玉宁佳，李子娟，陈规荣

（1.南宁市金双龙涂料有限公司，广西 南宁 530007；2.广西建筑工程质量检测中心，广西 南宁 530011；3.南宁市振宁开发有限责任公司，广西 南宁 530022）

外墙隔热、保温是建筑节能的主要内容之一，近年来，国内在建筑外墙领域的隔热、保温材料大部分是采用保温腻子层加普通外墙涂料或采用泡沫塑料颗粒保温沙浆做外墙保温层。而泡沫塑料多是采用聚氨酯、聚苯乙烯，它的优点是质量轻、保温和隔热性好，但这些材料的耐热温度低，遇火易燃烧，在燃烧时产生大量烟雾，毒性很大，而且在实际使用中也存在一些问题，如施工难度大，质量难保证，易出现开裂、渗水、空鼓，脱落等现象，因此，建筑隔热、保温涂料也开始从内墙隔热保温向外墙转变。一种新型轻质的建筑节能材料——“反射隔热涂料”的研究和应用也越来越受到人们的重视。“反射隔热涂料”在涂料中加入热传导系数小有隔热功能及对太阳辐射有反射功能的材料，借助外墙的表面涂层对太阳光的高反射率，将太阳光反射到外层空间，减少外墙对太阳辐射能的吸收所产生的累积热，从而降低建筑物表面温度和室内温度，最终达到建筑节能降耗、低碳经济和改善环境的目的。由于夏季我国南方地区太阳辐射大，光照强度高，天气炎热时间长，使用反射隔热涂料达到建筑节能的目的具有更加深远的意义。

1 热固型反射隔热涂料主要成分的选择

1.1 热固型氟碳树脂、丙烯酸树脂为基料

基料是制备反射隔热涂料的重要组成部分，氟碳树脂是含氟单体进行自聚或共聚而得到的分子结构中含有较多氟碳化学键的一类树脂，基料的自身性能影响反射隔热涂料的使用寿命。以氟碳树脂为基料，由于氟原子与碳原子形成的C-F键的键能为447.8kJ·mol-1，相对于其他的 C-C、C-O、C-Cl、C-H的键能高很多，所以较高的温度或紫外线难以解离C-F键。而且由于氟原子的电负性极大（4.0），相邻氟原子的排斥，使C-C主键形成一种螺旋结构，高键能的C-F键对低键能的C-C主键起屏蔽保护作用[1]，使氟碳树脂与其他树脂相比，具有极为优异的耐温变耐热性、耐酸碱性、耐水性、耐候性。很好的耐温变耐热性，确保涂料受太阳光长时间的暴晒或雨水的突然降温作用时不易褪色，不易粉化，有较长的使用寿命。很好的耐酸碱性、耐水性，确保涂料不易腐蚀、起泡。氟碳树脂与丙烯酸树脂物理共混改性，可以使涂层对水的接触角增大，表面能明显降低[2]，光泽度提高，附着力增强，还可以使成本得到有效降低。涂层的表面能越低，越不易被雨水润湿，具有较强的不粘性和防污自洁功能。

1.2 金红石型二氧化钛

根据物理结构的不同，二氧化钛分为金红石型、锐钛型。金红石型二氧化钛具有高抗粉化性，其折光指数为2.8，是所有白色颜料中最大的一种，颜填料的折光指数越大，对太阳光的反射率越高[3]。白色颜料金红石型二氧化钛不但对光线具有很好的遮盖效果，而且对太阳光有强烈的反射作用，是反射隔热涂料中的功能性白色颜料。

1.3 陶瓷空心微珠

陶瓷空心微珠或玻璃空心微珠，具有中空结构，导热系数较低，为0.03~0.10W·（m·K）-1。在反射隔热涂料中，通常加入不同粒径的空心微珠，这样微珠在涂层的表面形成叠夹的静态空气组，使得其填充于涂料中具有优良的隔热和保温效果。同时空心微珠比表面比较大，光线照到涂层表面时能够通过空心微珠产生多次反射，提高涂料的反射隔热效果。

在选取空心微珠时，还需注意：（1）对比抗压强度要高；（2）按重量百分比通过正交试验选取不同粒径的空心微珠的最佳配比；（3）空心微珠应在树脂、颜填料、溶剂、助剂研磨之后再加入搅拌分散，以防止空心微珠的破碎。

2 实验部分

2.1 实验主要原料和仪器

主要原料：热固型氟碳树脂，热固型丙烯酸树脂；金红石型二氧化钛，二氧化硅，陶瓷空心微珠，缩二脲；分散剂、消泡剂、流平剂等，均为市售工业品。

仪器：电动高速分散机、砂磨机、粘度仪、细度检测仪等。

2.2 制备方法

将一定比例的树脂、二氧化钛、二氧化硅、溶剂、各种助剂投入混合料桶中，经电动高速分散机分散均匀后由砂磨机研磨3遍以上，检验细度达到25μm以下 , 再加入陶瓷空心微珠以1000r·min-1高速搅拌分散25min后结束，成品包装备用。成品在使用前加入固化剂缩二脲搅拌熟化30min，熟化后的成品即为热固型反射隔热涂料。

3 结果与讨论

3.1 热固型反射隔热涂料隔热温差测试

3.1.1 自然太阳光照射下的箱体温差对比

（1）喷涂与不喷涂反射隔热涂料箱体温差对比

在自然太阳光照射下，用数字式热电偶温度计测试箱体内温度变化情况和温差。箱体规格500mm×500mm×500mm；箱体材料：镀锌板空白箱与喷涂反射隔热涂料箱；测试时间13：00-14：00，每10min测1次，环境温度：35.3℃。

表1 涂与不涂反射隔热涂料箱体温差对比Tab.1 The comparison of temperature differences of tank coated with and without solar heat reflecting and insulation coating

（2）喷涂反射隔热涂料与普通涂料箱体温差对比

在自然太阳光照射下，用数字式热电偶温度计测试喷涂反射隔热涂料和喷涂普通涂料的箱体内温度变化情况和温差。箱体规格300mm×300mm×300mm；箱体材料：铁皮板；测试时间 11：00-12：00，每10min测1次，环境温度：34.6℃。

表2 喷涂反射隔热涂料与普通涂料箱体温差对比Tab.2 The comparison of temperature differences of tank coated with solar heat reflecting and insulation coating and general coating

箱体内温差的大小与测试时自然太阳光的强弱有关，与实验箱的涂膜厚度有关，与选择试验用的箱体材质及厚度有关。在同样材质和厚度的镀锌板上，喷涂反射隔热涂料箱体内温度比不喷涂低7.4℃，温差比较明显；在同样材质和厚度的铁皮板上，喷涂白色反射隔热涂料比喷涂白色普通涂料箱体内温度低3.0℃，说明反射隔热涂料确实具有较好的隔热效果。

3.1.2 模拟太阳光照射下的箱体温差对比

利用1000W碘钨灯（2支）照射，灯与箱体顶部距离10cm, 用数字式热电偶温度计测试箱体内温度变化情况和温差。箱体规格300mm×300mm×300mm；箱体材料：镀锌板空白箱与喷涂反射隔热涂料箱；测试时间12：00-13：00，每10min测1次，环境温度：14.0℃。

表3 模拟太阳光照射下箱体温差对比试验Tab.3 The test for comparison of temperature differences of tank under the simulated sunlight

在同样材质和厚度的镀锌板上，模拟太阳光照射下喷涂反射隔热涂料箱体内温度比不喷涂低9.5℃，箱体内温差与选择的光源强度有关, 和灯与箱体顶部距离有关。

3.1.3 自然太阳光照射下彩钢瓦面的单车顶棚背面下温差对比

用反射隔热涂料分3次在彩钢瓦面的单车棚顶上涂刷，实验规模7.10m×4.30m。用数字型热电阻温度计测量涂刷和没涂刷反射隔热涂料的彩钢瓦背面下的温度。测试时间15:00，环境温度35.0℃。在没涂刷反射隔热涂料的彩钢瓦背面下的温度为62.5℃，用手触摸有明显的滚烫感，而涂刷反射隔热涂料的彩钢瓦背面下的温度为48.1℃，二者温差14.4℃，用手触摸，明显感觉没有那么烫手，在棚下也会阴凉很多。因此，对于使用彩钢瓦面为屋顶的临时建筑物或简易厂房，以及露天的生产管道、容器、储罐等，在太阳光的强烈照射下，会造成外墙、屋顶或外壁及内壁的温度大幅升高，而采用涂刷反射隔热涂料来降温，将是改善居住环境和生产使用条件的一个简单且行之有效的办法。

3.1.4 反射隔热涂料中含不同颜色微珠时的对比试验

在自然太阳光照射下，用数字式热电偶温度计测试分别涂刷含有浅灰色和白色陶瓷空心微珠的反射隔热涂料箱体内温度变化情况和温差。箱体规格300mm×300mm×300mm；箱体材料：镀锌板；测试时间14：45-15:45，每10min测1次，环境温度34.4℃。

表4 反射隔热涂料中含不同颜色微珠时箱体温差对比Tab.4 The comparison of temperature differences of tank coated with solar heat reflecting and insulation coating contained with different color microsphere

太阳光照射在任何物体上，都会发生吸收、反射、透过现象，如果说不透明的镀锌板涂层对太阳光的透过可以忽略不计的话，那么由于涂层中浅灰色微珠比白色微珠对太阳光的吸收要大，在其他条件完全相同的情况下，白色微珠比浅灰色微珠对太阳光的反射率要高，因而含白色陶瓷空心微珠的反射隔热涂料具有较好的反射隔热效果。

3.2 热固型反射隔热涂料的涂料等级及建筑节能指标检测结果

将所制备的热固型反射隔热涂料送广西产品质量监督检验院检验涂料等级，检验依据为GB/T 9757-2001《溶剂型外墙涂料》，其主要指标及结果见表5。

表5 热固型反射隔热涂料的涂料等级检测结Tab.5 The grade test result of thermosetting solar heat reflecting and insulation coating

检验结果说明，所制备的热固型反射隔热涂料具有优异的耐人工气候老化性、耐温变性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性等性能，达到溶剂型外墙涂料的优等品等级。涂料粉化、褪色等级低，不易起泡，不易剥落，不易产生裂纹以致脱落，从而提高了反射隔热涂料的使用寿命。

将所制备的热固型反射隔热涂料送广西建筑工程质量检测中心进行建筑节能材料检验，半球发射率项目送至广西绿色建筑节能中心有限公司检验，检验的依据：（1）JG/T 235-2008《建筑反射隔热涂料》；（2）GB/T 25261-2010《建筑用反射隔热涂料》，其主要检测指标要求和结果见表6。

表6 热固型反射隔热涂料的检测结果Tab.6 The test result of thermosetting solar heat reflecting and insulation coating

国家和建设部对建筑反射隔热涂料的标准中主要有2个关键指标，即太阳光反射比（白色）≥0.80，半球发射率≥0.80。太阳光反射比和半球发射率是反射隔热保温涂料的基本特性，这2个指标的高低将决定涂料的整体反射隔热保温效果[4]。检验结果说明所制备的热固型反射隔热涂料完全达到国家和建设部对发射隔热涂料的要求标准。

4 结论

（1）所制备的热固型反射隔热涂料是溶剂型外墙涂料的优等品，同时完全达到国家和建设部对反射隔热涂料的要求标准：太阳光反射比（白色）≥0.85，半球发射率≥0.87，隔热温差为12℃，隔热温差衰减（白色）为4℃。

（2）自然太阳光照射下，1h内，在其他条件相同情况下，喷涂反射隔热涂料比空白箱箱体内温度低7.4℃；比喷涂普通涂料箱箱体内温度低3.0℃；模拟太阳光照射下比空白箱箱体内温度低9.5℃；比没涂刷反射隔热涂料的彩钢瓦面单车顶棚背面下温度低14.4℃。以上结果说明所制备的热固型反射隔热涂料具有明显的隔热保温效果

（3）热固型反射隔热涂料比水性反射隔热涂料一次性投入成本高一些，但其使用寿命长，超耐久性，对于不便于维修和保养的高层或超高层建筑的外墙隔热保温具有重要的意义。

[1] 边藴静.氟碳树脂涂料[J].中国涂料，2006（6）：22-26.

[2] 杨启如，叶发银，吴培，等.无毒型低表面能海洋防污涂料的研制[J].材料保护，2007，40（7）：32-35.

[3] 孙明杰.太阳热反射隔热涂料的研究[D].北京：北京化工大学，2010.

[4] 林宜益.建筑反射隔热涂料的标准及应用探讨[J].中国涂料，2011，26（7）：15-18.