新型高分子聚合物在彩色反射隔热涂料中的应用

王永良，金友军　（科德丽化工科技有限公司，广东佛山　510860）

新型高分子聚合物在彩色反射隔热涂料中的应用

王永良，金友军（科德丽化工科技有限公司，广东佛山510860）

研究了一种新型高分子聚合物在彩色反射隔热涂料中的应用及性能，解决了普通建筑涂料反射隔热率低下、色彩单一的问题。

舒热盾功能聚合物；彩色反射隔热涂料；建筑涂料

0　引言

建筑能耗是指建筑使用过程中的能耗，包括采暖、空调等家用电器能耗，约占全国能源总消耗量的27%，居我国各类能耗之首。采暖和空调的能耗占建筑总能耗的55%，而且以每年1%的速度增加。除了采用控制空调温度，以及采用太阳能热水器、节能灯等普通方式，还应从根本上解决建筑能耗问题［1］。

传统隔热建材只能延缓热的传入，但由于其本身吸热，让整个建筑如烤炉般酷热难耐，尤其晚上还会持续释放热能，容易形成都市热岛效应。反射隔热涂料是近几年发展起来的一种新型节能材料。它是一种通过低导热系数和高导热阻来实现隔热保温的材料，能主动反射太阳光的能量，有效降低涂层表面和基材的温度，进而降低室内温度，从而达到改善工作环境、降低能耗的目的，从根本上减少空调的使用率，大大降低电能消耗。目前反射隔热涂料已成功应用于航天、建筑、石化、军工等领域，其显著的节能效果得到广泛的认可［2-6］。

本研究主要介绍一种能反射热能的新型高分子材料——Solarproof舒热盾反射隔热聚合物在建筑反射隔热涂料中的应用。该聚合物不含甲醛，无APEO（烷基酚聚氧乙烯醚），黏度低，无需使用特殊反射隔热颜料，配用普通颜料即可，即使零配比钛白也可通过低明度标准。将Solarproof聚合物加入涂料体系中，能使涂料对可见光与红外光具有优异的反射能力，此两段波长正是太阳主要的热能来源，占总太阳热能约94%。Solarproof聚合物反射率高达90%以上，其中可见光反射率最高达到98.8%，与不同无树脂色浆配用，可以实现高性能反射隔热建筑涂料的颜色多样化，其推广应用将成为未来建筑节能减排的新趋势。

1　试验部分

1.1反射隔热涂料的制备

在低速搅拌下，依次将水、乙二醇（或丙二醇）、分散剂、润湿剂、pH调节剂、适量消泡剂以及颜填料等加入混料罐中混合均匀，再高速分散30 min，使粉体颗粒在高速剪切作用下分散成原级粒子，并达到稳定状态后，投入Solarproof聚合物，中速搅拌均匀。转移至调漆罐中，慢速搅拌下，加入乳液树脂、成膜助剂、消泡剂、流平剂、防霉剂和防腐剂，并搅拌均匀。此外，还可以根据涂料的黏度状况，使用适量的有机类增稠剂调整涂料的黏度，最后过滤，出料，即得建筑反射隔热涂料，参考配方见表1。

表1　建筑反射隔热涂料参考配方Table 1　The reference formula of architectural reflection and thermal insulation coatings

续表1

1.2性能测试

涂料隔热性能：在遮盖力测试纸板上刮涂厚度为（150±10）μm的涂膜，在25℃，50%相对湿度条件下养护7 d。按照JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》标准（表2），采用Jasco V-570分光光谱仪测试隔热性能。

表2　建筑反射隔热涂料热反射性能要求Table 2　The requirements of heat reflection performance of architectural reflection and thermal insulation coatings

2　结果与讨论

2.1Solarproof反射隔热聚合物

Solarproof反射隔热聚合物是一类能反射热能的高分子聚合物，与一般中空隔热材料相比，Solarproof聚合物粒径小（平均粒径<0.5 μm），与涂料体系相容性好，制得的反射隔热涂料贮存稳定性好，生产过程中不漂粉，无需改变生产流程，制作简单不增添困扰。将Solarproof聚合物添加到反射隔热涂料中，能延长涂层寿命。涂膜表面光滑、细腻，具有优良的耐沾污性、耐磨性、耐擦洗性、耐候性与表面触感，如表3所示。

表3　Solarproof聚合物与中空隔热材料的性能对比Table 3　The performance comparison between Solarproof polymer and hollow thermal insulation material

通过Jasco V-570分光光谱仪对Solarproof聚合物与中空隔热材料的涂膜反射率光谱分析结果（如图1所示）可知，使用Solarproof的隔热涂料，涂膜的反射率明显高于使用中空隔热材料的涂膜，隔热效果更优异。

图1　Solarproof聚合物与中空隔热材料的反射率光谱Figure 1　The reflectance spectra of Solarproof polymer and hollow thermal insulation material

2.2Solarproof聚合物的作用机理

Solarproof聚合物的反射隔热方式是通过聚合物自身的特殊结构将热量阻挡在涂层的外侧。它自身的绝对体积比例大，导热系数极小，进而影响涂层的导热系数，能够阻止热量在物体内部的传递，伴随着反射的进行也具有一定的阻隔作用。同时，由于存在大气窗口，在该区间内，Solarproof聚合物具有较高的反射率，可直接将物体所接收的太阳光热量通过此窗口发射到大气层的外部空间，使得物体温度明显下降。

当Solarproof聚合物含量较少（5%）时，虽然已经具有一定的反射隔热效果，但是由于其含量较低，在涂膜中的排列比较稀疏，不能形成致密的反射隔热层，部分光线还是能够通过缝隙穿透涂膜，因而其反射隔热效果有限。随着涂膜中Solarproof聚合物含量的增加，其在涂膜中的排列逐渐紧密，涂膜的反射隔热效果显著增加。当Solarproof聚合物的含量达到10%时，对太阳光的反射效果最为显著（图2）。

图2　不同含量Solarproof聚合物在涂膜中排列的示意图Figure 2　The arrangement schematic diagram of Solarproof polymer with different content in the coating

2.3成膜树脂

目前，建筑反射隔热涂料使用的成膜物主要是丙烯酸类以及丙烯酸共聚物类合成乳液。因为建筑反射隔热涂料主要应用于外墙，根据室外气候和温度变化大等特点，需要选择耐候性好、耐水性强、耐沾污性好，又具有强黏结效果的乳液来制备涂料。目前用于外墙涂料的乳液多以纯丙乳液和苯丙乳液为主，通常纯丙乳液具有更好的抗紫外线性，吸水率低，而苯丙乳液对颜填料的黏结力较好，吸水率低，抗皂化性好。本试验将Solarproof SP-150C添加到乳液中，并通过改变乳液用量来观察涂膜总太阳反射比（TSR）的变化，结果如图3所示。

图3　成膜树脂对总太阳反射比的影响Figure 3　The influence of film forming resin on the TSR

由图3可见：纯丙乳液和苯丙乳液在固含量相同的情况下，添加Solarproof SP-150C后，其涂膜的总太阳反射比均较高，达到90%以上，但随着体系中乳液含量的增加，涂膜的总太阳反射比逐渐下降。这说明Solarproof聚合物与乳液体系的相容性较好，在不同种类的乳液体系中均呈现出较高的反射隔热效果。但是随着乳液含量的增加，过多的乳胶粒子会在Solarproof聚合物粒子周围形成一定的包覆层，屏蔽其反射隔热功能，使得涂膜的反射隔热性能下降。结合外墙建筑涂料要求涂膜具备优异的耐水性、耐沾污性、抗老化性等特点，本试验选用玻璃化温度低、具有自交联性的纯丙乳液作为反射隔热涂料的主要成膜物质。

2.4颜料和填料

反射隔热涂料的隔热机理有阻隔性隔热、反射性隔热以及辐射性隔热3种。在反射隔热涂料中，除了添加Solarproof聚合物外，还要根据涂料性能的需要添加一定量的颜填料，以此达到上述一种或几种隔热机理的复合隔热效果，从而进一步提高涂层的隔热反射率。颜填料的选用主要着眼于其反射性能和对涂膜导热系数的影响。本试验选用煅烧高岭土、滑石粉、硫酸钡、重钙、云母粉、硅灰石、氧化铁黑、炭黑、氧化铁系颜料、氧化铬绿、有机颜料以及钛白等颜填料进行反射隔热效果的对比分析，结果如图4所示。

图4　不同颜料和填料的明度Figure 4　The brightness of different pigments and fillers

一般来说，明度（L值）越小，颜料和填料对应的总太阳反射比（TSR）越低，其反射隔热效果越不显著。选用颜填料时须注意，由于要保证Solarproof聚合物在涂膜中的反射性能，涂料组成中应尽量少用对光吸收率高的普通填料，但可以使用对光、热反射性能较好的功能填料。此外，还应根据颜料折光率与涂膜反射率的关系选用折光率高、吸收率小的颜料。由图4可见：大部分颜填料均具有较高的反射率，可以在一定程度上提高涂层的反射隔热性能，其中，以煅烧高岭土、滑石粉、钛白、氧化铬绿等的反射效果最为明显，可以在配方设计时，适当选择加入这些颜填料。炭黑和氧化铁黑的反射率很低，即使配用很多近红外反射颜料，涂层的近红外反射比也不会很高，达不到标准要求，所以在配方中不宜采用。此外，单独使用云母粉和硅灰石时，其反射隔热效果不明显，只能作为体质填料在配方中少量添加，并配用其他反射颜填料一起使用。

2.5彩色反射隔热涂料的制备

目前建筑反射隔热涂料的颜色单一，90%以上为白色。虽然白色涂料具有优异的太阳热反射性能，但是很难满足现代建筑对色彩多样性的要求。彩色颜料色浆受到不同彩色颜料的可见光反射率的限制，必须尽可能选择红外反射颜料，以增加涂膜在红外部分的反射率。本研究将Solarproof SP-105C与TiO2，及某公司的功能性反射隔热材料H5XX、H8XX进行比较分析，结果如图5所示。

图5　Solarproof SP-150C与其他反射隔热材料的比较Figure 5　The comparison among Solarproof SP-150C and other reflective insulation materials

彩色反射隔热涂料的反射性能同颜色的明度关系密切，明度值越大，涂层的太阳光反射比和近红外反射比值越高，隔热温差值越大。在反射隔热涂料中添加色浆后，涂膜颜色明度值L均下降，所以在配方设计时，在涂膜颜色符合要求的前提下，必须尽可能控制色浆的用量。图5结果表明：与其他三款反射隔热材料相比，在相同配比情况下，Solarproof SP-105C的明度更低，在添加该聚合物的反射隔热涂料中，只须更少的色浆即可达到所需色彩明度，能够最大限度地降低颜料色浆对涂膜反射隔热性能的影响。

在乳液体系的反射隔热涂料中，选用无树脂色浆体系具有通用性强、性价比高和生产调色方便等优势。本研究选用科莱恩和广州科迪的高明度和中明度无树脂颜料色浆制备彩色反射隔热涂料，其性能指标分别见表4和表5。低明度彩色反射隔热涂料的制备数据及性能指标见表6。

表4　高明度彩色反射隔热涂料的制备数据及性能指标Table 4　The preparation data and performance index of high lightness color reflection and thermal insulation coatings

表5　中明度彩色反射隔热涂料的制备数据及性能指标Table 5　The preparation data and performance index of middle lightness color reflection and thermal insulation coatings

表6　低明度彩色反射隔热涂料的制备数据及性能指标Table 6　The preparation data and performance index of low lightness color reflection and thermal insulation coatings

由表4、表5的试验结果可见：试验配制的彩色建筑反射隔热涂料对应的颜色基本一致；按照色系可分为蓝色、红色、黄色、绿色和灰色5种颜色；按照漆膜明度值可分为中明度和高明度。在白色反射隔热基础漆中添加色浆，随着颜料色浆添加量的增加，漆膜颜色明度L值下降，其中在相同L值时，黄色色浆的添加量较大。一方面，说明黄色颜料对明度的影响相对最小，而蓝色颜料的影响相对最大；另一方面也说明了黄色颜料的着色力相对较差。黄色颜料红外反射率最高，红色、绿色、蓝色次之，灰色最低。列出对应的总太阳光反射比和近红外反射率数据，均达到JG/T 235—2014标准的要求。

2.6Solarproof彩色反射隔热涂料与其他反射隔热涂料的性能比较

本研究将Solarproof聚合物添加到彩色反射隔热涂料中，并与某公司生产的彩色反射隔热涂料产品作性能比较，其结果如图6所示。

由图6可见：试样A的TSR为83.19%；试样B在可见光区和近红外区（380~1 500 nm）的TSR高于试样A，为87.26%，这说明目标涂料的反射隔热效果优于某公司生产的彩色反射隔热涂料。

图6　不同反射隔热涂料的总太阳反射比Figure 6　The TSR of different reflection heat insulation coatings

3　结语

（1） 舒热盾Solarproof聚合物是一类能反射热能的高分子聚合物，产品不含甲醛，无APEO，黏度低，可直接添加配用普通颜料，无需使用特殊颜料，零配比钛白也可通过低明度标准。

（2） 采用舒热盾Solarproof聚合物制备的涂料施工面积是普通无机中空隔热材料的2倍，无需再罩面处理即可解决耐沾污性问题，提供优异的耐候性和耐水性等性能。

（3） 舒热盾Solarproof聚合物添加量在10%左右，即可满足白色漆和彩色漆的隔热性能要求，总太阳光反射比和半球发射率均能达到JG/T 235—2014标准的要求。

（4） 舒热盾Solarproof聚合物让彩色建筑外墙反射隔热涂料色彩多样化成为现实，解决了红外反射颜料价格昂贵造成的配色成本较高的问题，同时也解决了红外反射颜料品种有限造成配色受限的问题，彻底达到了简单配色、隔热效果优异、简化制备工艺等效果。

1任晓琳，谢德龙，张心亚.建筑外墙反射隔热涂料研究展望［J］.现代化工，2014，34（5）：35-38.

2孙顺杰，杨文颐，冯晓杰，等.彩色热反射隔热涂料的制备及其性能研究［J］.涂料工业，2013，43（4）：17-22.

3赵石林. 建筑外墙节能隔热涂料的制备和应用［J］.上海涂料，2014，52（9）：24-27.

4马承银，蒋二龙，方伟.彩色反射隔热涂料的特性与评价方法研究［J］.涂料技术与文摘，2014，35（9）：10-15.

5黎力，韦延年. 建筑反射隔热涂料的研发和应用［J］.四川建筑科学研究，2014，40（6）：281-284.

6李运德，张惠英，毛方桂，等.太阳热反射涂料颜填料选择关键技术研究［J］.涂料工业，2013，43（4）：1-4.

The Application of a Novel Macromolecular Polymer in the Color Reflection and Thermal Insulation Coatings

Wang Yongliang，Jin Youjun
（KeDeli Chemical Technology Co.，Ltd.，Foshan Guangdong，510860，China）

The application and performance of a novel macromolecular polymer in the color reflection and thermal insulation coatings were studied. The problems of low reflection and heat insulation efficiency，and colour monotone of common architectural coatings were solved.

Solarproof functional polymer；color reflection and thermal insulation coatings；architectural coatings

专论综述

TQ 630.7

A

1009-1696（2016）02-0022-06

2015-12-27

王永良（1987—），男，大学本科，助理工程师，主要从事水性涂料产品应用与售后服务工作。