气凝胶绝热涂料系统保温隔热表征参数研究

王长山 李珊珊 钟 巍 乐少军 徐金枝 高 鹏

1.南京绿臻建筑技术有限公司，江苏 南京 210012

2.中国建筑标准设计研究院有限公司，北京 100048

3.上海中南建筑材料有限公司，上海 200235

气凝胶绝热涂料系统是由底涂漆、气凝胶绝热厚质中涂漆、气凝胶绝热面涂漆组成的，施涂后形成总干膜厚度大于2 mm，具有装饰、绝热功能的复合涂层。气凝胶作为整个系统最主要的功能材料，赋予系统具有阻隔热传导、反射隔热和辐射隔热保温的作用[1]。在该系统中，底涂漆主要起到基层封闭和增强黏结性的作用。气凝胶绝热厚质中涂漆起着重要的承上启下作用，不仅需与上、下涂层均具有良好的结合力和附着力，还需具有填平性，使面漆涂饰后得到平整、丰满的表面；更重要的是，中涂漆承担着整个气凝胶绝热涂料系统的阻隔热传导的。同时，还起到强化面涂漆辐射换热和反射隔热功能的作用[2]。气凝胶绝热面涂漆是气凝胶绝热涂料系统中最外层的涂料，主要起到装饰、保护、辐射换热和反射隔热的作用。

基于气凝胶绝热涂料系统的绝热作用机理，本研究对气凝胶绝热涂料系统、气凝胶绝热厚质中涂漆、气凝胶绝热面涂漆的保温隔热性能的表征参数分别进行了实验室研究。对于气凝胶绝热涂料系统，表征参数为太阳光反射比、近红外反射比、垂直发射率。鉴于气凝胶绝热涂料系统用于建筑物外表面，容易沾污且易于老化，会降低其节能效果，故对污染后太阳光反射比变化率、人工气候老化后太阳光反射比变化率也进行了研究[3]。气凝胶绝热厚质中涂漆的表征参数为太阳光反射比、近红外反射比、垂直发射率和导热系数。气凝胶绝热面涂漆的表征参数为太阳光反射比、近红外反射比和垂直发射率[4]。

1 试验部分

1.1 气凝胶绝热涂料系统

1.1.1 试板的制备

气凝胶绝热涂料系统的制板要求如表1所示。

表 1 制板的要求

1.1.2 性能测试

明度（L*）值：按GB/T 11186.2—89《漆膜颜色的测量方法 第二部分：颜色测量》进行测试。

太阳光反射比、近红外反射比、污染后太阳光反射比保持率、人工气候老化后太阳光反射比变化率：按JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》标准进行测试。

垂直发射率：按GB/T 2680—1994《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》进行测试。

1.2 气凝胶绝热厚质中涂漆

1.2.1 试板的制备

导热系数试件的制备：将气凝胶绝热厚质中涂漆在容器中搅拌混合均匀，采用单道制膜，成型试件尺寸为300 mm×300 mm，总厚度不小于10 mm。试件在标准试验条件下带模养护7 d，拆模后放置于60 ℃±10 ℃电热鼓风干燥箱中干燥至恒量，烘干时间相隔24 h的质量变化率不超过1.0%，即为恒量。

太阳光反射比、近红外反射比、垂直发射率的制板的制备：试板制备要求见表2。采用刮涂或喷涂方式，涂布多道时，每次刮涂或喷涂厚度不超过1 mm，每道间隔24 h。

表 2 气凝胶绝热厚质中涂漆制板的要求

1.2.2 性能测试

太阳光反射比、近红外反射比和垂直发射率的性能测试方法同气凝胶绝热涂料系统，试验结果取3块试板的算术平均值作为最终结果。

导热系数：按GB/T 10294—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》进行测试。

1.3 气凝胶绝热面涂漆

1.3.1 试板的制备

太阳光反射比、近红外反射比、垂直发射率的制板的制备：采用刮涂或喷涂方式，应保证涂膜表面平整，无明显气泡、裂纹等缺陷，试板制备要求见表3。

表 3 气凝胶绝热厚质中涂漆制板的要求

1.3.2 性能测试

太阳光反射比、近红外反射比和垂直发射率的性能测试方法同气凝胶绝热涂料系统，试验结果取3块试板的算术平均值作为最终结果。

2 结果与讨论

2.1 气凝胶绝热涂料系统

对6个明度的气凝胶绝热涂料系统进行测试，明度值L*分别为38、60、75、85、90和96，测试结果见表4。

表 4 不同明度值的气凝胶绝热涂料系统表征参数的测试结果

由表4的测试结果可以看出：随着明度的提高，气凝胶绝热涂料系统的太阳光反射比和近红外反射比随之增大，特别是太阳光反射比在明度值85时，比明度值70的时候有显著提高。垂直发射率与明度无关，基本保持一致。污染后的太阳光发射比变化率则随着明度的提高而增大，人工气候老化后太阳光反射比变化率则基本不变。

测试结果表明：气凝胶绝热涂料系统的反射隔热性能主要与涂料的明度、颜色有关，而辐射换热性能与明度无关；污染后太阳光反射比变化率随明度增大而增大，因为明度越大，颜色越浅，受污染的程度相对更为严重，表现为变化率更大；人工气候老化主要是表征乳液性能优劣的指标，与明度值无关，在乳液品种、用量一定的条件下，人工气候老化后太阳光反射比变化率基本一致。

2.2 气凝胶绝热厚质中涂漆

气凝胶绝热厚质中涂漆表征参数测试结果见表5。

表 5 气凝胶绝热厚质中涂漆表征参数的测试结果

从表5的测试结果可以看出：气凝胶绝热厚质中涂漆的太阳光反射比和近红外反射比测试值满足JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》中高明度涂料太阳光反射比0.65、近红外反射比0.80的最高要求；垂直发射率为0.996，与气凝胶绝热涂料系统测试值基本一致，具有极佳的辐射换热性能；导热系数低，为0.037 W/(m·K)，与EPS保温板接近，保温隔热效果好。

2.3 气凝胶绝热面涂漆

选用了与气凝胶绝热涂料系统相同的6个明度值进行测试，测试结果见表6。

表 6 不同明度值的气凝胶绝热面涂漆表征参数的测试结果

从表6的测试结果可以看出，气凝胶绝热面涂漆的太阳光反射比、近红外反射比和垂直发射率的测试值与气凝胶绝热涂料系统的太阳光反射比、近红外反射比和垂直发射率的测试值基本相同，趋势一致。因为在实验室条件下，气凝胶绝热面涂漆试样制板厚度要求为干膜厚度不得小于150 μm，在足够厚度的条件下，两者的测试值基本相同。

3 结 语

气凝胶绝热涂料系统的保温隔热性能表征参数包括太阳光反射比、近红外反射比、垂直发射率、污染后太阳光反射比变化率、人工气候老化后太阳光反射比变化率。随着明度的提高，气凝胶绝热涂料系统的太阳光反射比和近红外反射比随之增大，污染后的太阳光反射比变化率也随之增大，而人工气候老化后太阳光反射比变化率则基本不变，垂直发射率则与明度无关。

气凝胶绝热厚质中涂漆的保温隔热性能表征参数包括太阳光反射比、近红外反射比、垂直发射率和导热系数。太阳光反射比和近红外反射比均不小于0.85；垂直发射率与气凝胶绝热涂料系统测试值一致；导热系数不大于0.044 W/(m·K)。

气凝胶绝热面涂漆的保温隔热性能表征参数包括太阳光反射比、近红外反射比和垂直发射率，其测试值与气凝胶绝热涂料系统完全一致。