红外反射颜料在水性涂料中的应用

王广存

(山西东方红制漆有限公司，山西 太原 030045)

引 言

近年来，在环保、绿色生产等理念的大力倡导下，国家对各行业使用材料、设备排放物等进行了严格的监管。对于建筑行业而言，“绿色建筑”的概念被大力宣传，涂料作为建筑行业必不可少的材料之一，其从最初的对建筑装饰、保护等功能向更广泛的领域发展。也就是说，建筑行业对涂料的环保性能以及功能提出了更高的要求[1]。水性涂料与传统涂料相比具有绝对性的优势，由于水性涂料施工难度低、效果好，因此，水性涂料广泛应用于建筑行业和汽车领域。

水性节能涂料作为水性涂料的一种，其具有绝热、太阳能反射、红外辐射等功能，已经逐步取代了传统保温隔热材料在建筑行业中的应用地位。但是，我国对水性节能涂料的研究较晚，其在实际应用中存在保温效果不稳定、耐候性差、施工稳定性差以及成本高等问题，进而使其无法在实际应用中大力推广应用[2]。本文着重研究了红外反射颜料对水性节能涂料性能的改进。

1 水性节能涂料的制备

1.1 制备原料及仪器

水性节能涂料的制备所需原料及仪器如表1、表2所示。

表1 实验所需原材料种类及规格

表2 实验所需器材及型号

1.2 水性节能涂料制备工艺

水性节能涂料制备包括浆料制备和涂料制备两个过程中。具体流程如下：

1) 浆料的制备。将蒸馏水和分散剂、成膜助剂加至烧杯中，并将其均匀搅拌；将消泡剂加入上述溶液中，直到溶液中气泡完全消除后继续稳定30 min；将红外反射颜料和钛白粉依次加入上述溶液中，添加过程中应匀速进行，确保溶液上方无颜料或钛白粉积存。在制备过程中应根据气泡程度加入适量的消泡剂，避免气泡积存。待钛白粉和红外反射颜料添加完毕后稳定1 h。

2) 水性节能涂料的制备。将1) 中制得的乳液采用500 r/min的转速搅拌，并在搅拌过程中依次加入成膜剂和流平剂[3]。待助剂全部添加完毕后稳定1 h得水性节能涂料。

1.3 节能效果验证

对比不同类型红外反射颜料水性涂料的反射率和半球反射率，进而对比水性节能涂料是否能够达到节能的效果。

样品制作方法：取标准尺寸的马口铁板，并采用乙醇、抹布等对其表面进行处理，晾干以备使用。将制得的水性节能涂料和普通水性涂料均匀涂抹于马口铁板，基于磁性测厚仪确保涂料厚度在100 μm左右。

采用反射率测定仪和半球发射率测定仪对上述制得样品的反射率和半球发射率进行测定。

2 实验结果分析

2.1 不同红外反射颜料的对比

本次实验分析添加不同红外反射颜料对所制得的水性节能涂料节能效果的影响。由于钛白粉的主要功能是增强涂料的白度，从而使得更多的可见光被反射。因此，要求不同红外反射颜料的组合中均添加适量的钛白粉[4]。不同红外反射颜料所得水性节能涂料的反射率及半球发射率结果如表3所示。

表3 不同红外反射颜料实验结果

分析表3可知，涂料中添加钛白粉、重晶石以及云母粉3种红外反射颜料时所得水性节能涂料的反射率和半球发射率的指标高于添加(钛白粉、高岭土、云母粉)、(钛白粉、重晶石、滑石粉)以及(钛白粉、高岭土、滑石粉)3种组合红外反射颜料所得水性涂料的相应指标。

2.2 不同比例红外反射颜料对比

由2.1可知，添加钛白粉、重晶石以及云母粉3种红外反射颜料时所得水性节能涂料的反射率和半球发射率的指标较高。因此，还需研究添加上述3种不同比例的红外反射颜料所得水性涂料的反射率和半球发射率的指标是否有差异。为此，分别研究1#[m(钛白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=1∶1∶1]、2#[m(钛白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=2∶1∶2]以及3#[m(钛白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=5∶2∶3]三种比例下所得水性节能涂料反射率和半球发射率的指标差异。实验结果如表4所示。

表4 不同比例下红外反射颜料试验结果

分析表4可知，当m(钛白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=5∶2∶3时所得水性节能涂料的反射率和半球发射率的指标值均优于m(钛白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=1∶1∶1和m(钛白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=2∶1∶2的情况。

3 实际应用效果分析

根据上述实验可知，当添加m(钛白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=5∶2∶3的红外反射颜料时所得水性节能涂料的性能最佳。为验证在上述方案下制得的水性节能涂料的性能是否优于普通水性涂料，将水性节能涂料和普通水性涂料分别涂刷于某楼顶的墙面上，并在实时气温条件下采用红外热成像仪对两种涂料的表面温度进行测量。测量结果如图1所示。

图1 水性涂料性能对比

如图1所示，图中左侧为普通水性涂料表面温度，右侧为m(钛白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=5∶2∶3所制得的水性节能涂料的表面温度。对比可知，水性节能涂料的表面温度为45.5 ℃，普通水性涂料的表面温度为63 ℃，墙体表面温度为64.8 ℃。因此，采用m(钛白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=5∶2∶3所制得的水性节能涂料具有较好的节能效果。

4 结论

水性涂料被广泛应用建筑行业，且其功能已经从传统的装饰、保护等功能向更广的方向发展，其中水性涂料的节能效果为未来的主要方向之一。经研究，在普通水性涂料中添加m(钛白粉)∶m(重晶石)∶m(云母粉)=5∶2∶3所得水性节能涂料的反射率和半球发射率的指标最佳，且其在实际应用时表面温度较普通水性涂料的低。因此，应加强对红外反射颜料在水性涂料中的研究，得出最佳比例下、最佳组合的红外反射颜料，为提升水性涂料的性能奠定理论基础。