摘要:在当今世界倡导节能减排和生态绿色的潮流中，隔热材料正由工业隔热保温为主向建筑隔热保温为主转变。上海世博会已经展示出建筑隔热保温在提高建筑物居住和使用功能、节约能源等方面的成就，我们应该更加重视研发与推广应用建筑隔热保温涂料。介绍了杭州传化涂料有限公司研制的超薄节能型外墙隔热涂料的制造，讨论了材料的选择与优化，以及应用试验中超过进口同类产品的隔热效果。
关键词:隔热保温;节能减排;涂料;研发;空心陶瓷微珠
0前言
墙体保温是建筑节能的重要一环。国外建筑节能用绝热材料占绝热材料总量的比重很大，如美国1997年以来建筑用绝热材料占所有绝热材料的81%左右，瑞典、芬兰等欧洲国家80%以上的岩矿棉制品用于建筑节能。而在我国能源消耗中，建筑能耗占全国能源消耗总量的1/3，而建筑用绝热材料仅占总量的10%左右(且多为不耐高温的有机保温材料)，可见新型建筑隔热保温涂料市场潜力巨大[1]。当前，我国隔热材料正由工业隔热保温为主向建筑隔热保温为主转变，隔热保温材料是今后主要发展方向之一。新型建筑隔热涂料因经济、使用方便和隔热效果好等优点而越来越受到人们的青睐。国家质量技术监督局1998年5月发布了硅酸盐复合隔热涂料国家标准(GB/T17371-1998)，为生产和应用者提供了硅酸盐隔热涂料的技术标准。住建部2006年发布的《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》规定新建建筑应该采用隔热保温措施节能60%以上[1]。因此，未来建筑使用隔热保温涂料是发展趋势[2]。涂料的耐热性与有机高聚物基料有关，还与组成涂料的颜填料有关[3-4]。隔热涂料的基料树脂组分应具有吸热、散热和隔热能力，同时加入空心玻璃粉等耐热隔热填料。涂料的保温性要求涂料具有在一定温度下能蓄热、贮能、隔热等性能。以丙烯酸乳液为基料，空心玻珠为填料制得的涂料固化形成的涂膜既具有保温材料的共性，又有中空质轻、节能减耗明显等特性[5-7]。按照热量传递的传导、对流和辐射3种机理，隔热保温涂料相应分为阻隔型隔热保温涂料、反射型隔热保温涂料和辐射型隔热保温涂料3类。一种隔热效果良好的涂料常需要将2种或更多种隔热机理设计于同一配方里。各种隔热保温涂料原料各有其特点，可进行复配，优势互补，研制出性能优良的复合型隔热保温涂料。不同的隔热保温涂料和保温材料组合，可以制得既隔热又保温的外墙外保温系统，也可制得以隔热为主的外墙外保温系统，这也是外墙外保温涂料的发展趋势[8]。杭州传化涂料有限公司2006年承担国家星火计划项目研制的“超薄节能型外墙隔热涂料”，同时具备反射型隔热涂料和辐射型隔热涂料的特点。经国家化学建筑材料质量监督检验中心检测，符合国标GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》优等品指标的要求;隔热性能指标按照军标GJB/T2502-1995《卫星热控涂层试验方法》检测:太阳热吸收比为0.13(即涂层反射了87%的太阳热辐射)。经国家红外及工业电热产品质量监督检验中心、中国科学技术大学检测:法向热发射率为0.796，隔热效果明显。
1超薄节能型外墙隔热涂料的制备
1.1主要原材料
采用自行合成的自交联型丙烯酸共聚乳液与去离子水、清华大学研制的纳米抗老化剂、进口金红石型钛白粉和红外辐射颜料、用于美国宇航空间站的陶瓷空心微珠和进口助剂(日本产氨盐分散剂和润湿剂、英国产防腐防霉防藻剂、美国产增稠剂、美国伊士曼公司产成膜助剂、消泡剂)，经过配方优化设计制造而成。
1.2主要仪器设备
1.2.1中试设备
33kW高速分散机2台;2m3分散缸1只;2m3调漆缸1只;中转拉缸1只。
1.2.2其他生产设备
高速分散机、调漆缸、砂磨机、隔膜泵、精密捕集器、浓浆泵、胶体磨等。
1.2.3主要仪器
配色仪、恒温恒湿机、耐洗刷仪、耐沾污冲洗装置、紫外光老化仪及附件、喷涂机、磨耗仪、耐盐雾试验箱、数显压力试验机、饰面砖粘结强度检测仪、电动抗折试验机、动态抗开裂试验仪、水分快速测定仪、气相色谱仪等。
1.3生产工艺
生产工艺
将一定量的去离子水加入分散缸中，加入分散剂、消泡剂中速搅拌均匀。边搅拌边加入钛白粉和红外辐射颜料高速分散到细度小于30μm，转入调漆缸。边搅拌边加入防腐防霉防藻剂、成膜助剂和抗冻剂，缓慢加入一定量的自交联纯丙烯酸乳液和消泡剂。控制搅拌速度，在搅拌下缓慢加入隔热涂料功能空心添加剂，搅拌至均匀无颗粒，再用增稠剂调整到合适的黏度，调色后(或白色)过滤包装，出厂检测合格后入库。
1.4中控指标(见表1)
表1产品中控指标
1.5应用试验性能技术指标与实测结果(见表2)
表2产品应用试验性能
注:太阳热吸收比为0.13即涂层反射了87%的太阳热辐射，法向热发射率为0.796即79.6%的热量被发射到外层空间。
2材料选择与优化
在本项目产品的研制中要解决2个技术难题:一是涂料本身能够尽可能多地反射太阳热量，减少太阳热量的吸收;二是将未被反射掉的太阳热量尽可能多地辐射出去，达到隔热的目的。本项目研制产品超薄节能型外墙隔热涂料同时具备反射型隔热涂料和辐射型隔热涂料的特点。为达到目标，需要选择合成适合的乳液(基料)以确保涂料的耐久性和耐沾污性，因为沾污会直接影响涂层的反射效果，随着耐沾污性下降涂层的反射效果也随着下降。另外，需要对颜填料进行筛选，以最经济的方法获得最佳的反射和辐射效果。
2.1乳液的选择
相同pVC(35%)条件下，通过选用不同的乳液进行试验，其结果如表3。
表3选用不同的乳液试验比较
从表3可以看出，乳液3的UV老化变色和耐沾污性都是最好，初步选定用委托定制的自交联乳液3作为试验乳液。
2.2颜料的选择
相同pVC(35%)条件下，通过选用不同的颜料进行试验，其结果如表4。
表4选用不同的颜料试验比较
从表4可以看出，钛白粉R-706的UV老化变色和耐沾污性都是最好，最终选择R-706钛白粉作为白色颜料。
2.3填料的选择
在乳液和颜料确定后，填料的选择对涂料隔热效果的影响至关重要，通过选用不同的填料进行试验，其结果如表5。
表5选用不同的填料试验比较
在地球上能接受到的太阳辐射中，红外热辐射和可见光约各占45%，而红外热辐射主要集中在0.76～20μm波段范围内。入射在涂层上的太阳热辐射被吸收、透射和反射，其吸收比α、透射比β和反射比τ之间的关系为:
α+β+τ=1
由于隔热涂料中存在颜填料，故隔热涂料一般不透明，其透射比β近似为0。因此，只有提高涂层的反射比τ，才可以使涂层表面对太阳热辐射的吸收减少，涂层温度上升的幅度降低。从表5可以看出隔热涂料用陶瓷空心微珠具备很好的反射功能，从而大大减少涂层的吸收(太阳热吸收比为0.13即涂层反射了87%的太阳热辐射)。
2.4陶瓷空心微珠用量的选择
陶瓷空心微珠的用量对涂层太阳热吸收比的影响结果见表6。
表6陶瓷空心微珠的不同用量试验比较
由表6可以看出:随着涂料用陶瓷空心微珠的用量增加，太阳热吸收比下降，但用量超过8%以后，变化较小。由于陶瓷空心微珠价格较高，为节约成本，我们选择8%用量做试验。
2.5红外辐射颜料用量的选择
红外辐射颜料用量对涂层发射率的影响结果见表7。
表7红外辐射颜料的不同用量试验比较
由表7可以看出:随着红外辐射颜料的用量增加，发射率上升，但用量超过4%以后，变化较小。由于红外辐射颜料价格较高，为节约成本，我们选择4%用量做试验。涂层通过减少太阳热吸收和提高对已吸收部分热量的发射，从而达到隔热的目的。
3应用试验结果
项目产品超薄节能型外墙隔热涂料在传化集团公寓8#、9#集体宿舍楼屋顶应用(屋顶防水层为黑色油毛毡，涂装体系为:水性抗碱封闭底漆EC102一道，超薄节能型外墙隔热涂料TW868二道(白色)，测试时间为下午1点，测试仪器为红外测温仪)，取得了较好的隔热效果，见表8。
表8超薄节能型外墙隔热涂料屋顶实测效果
由表8可以看出，在有阳光照射时，隔热涂料可大大降低屋顶表面温度，最大温差为20.5℃。试验室隔热对比试验结果见表9(样板基材为石棉水泥板，热源为250W红外灯泡，灯泡到板面之间距离为10cm，照射时间为30min，测试仪器为红外测温仪)。
表9超薄节能型外墙隔热涂料试验室对比试验效果
由表9可以看出，涂抹和未涂抹隔热涂料的石棉水泥板背面温度相差40.6℃，隔热效果十分明显;涂抹外墙白色乳胶漆和涂抹隔热涂料的石棉水泥板背面温度相差13.8℃，隔热效果也十分明显。而且，这种温差会随热源功率的提高而加大。与国外同类产品对比试验结果见表10(样板基材为彩钢板，热源为250W红外灯泡，灯泡到板面之间距离为10cm，照射时间为30min，测试仪器为红外测温仪)。
表10与国外同类产品对比试验结果
由表10可以看出，在彩钢板上涂装隔热涂料，项目产品的背面温差高于进口产品，表明项目产品的隔热效果超过进口同类产品。
4结语
目前，隔热材料正由工业隔热保温为主向建筑隔热保温为主转变。建筑物涂刷隔热保温外墙涂料是目前建筑节能最有效的简便节能方式之一。借上海世博会东风，我们应该更加重视研发与推广应用建筑隔热保温涂料。超薄节能型外墙隔热涂料产品同时兼备反射型和辐射型两类隔热涂料的优点，反射和辐射性能优异;抗紫外线性能强，耐候性好，保光保色;耐水透气，防霉防藻，耐沾污性好，反射效果持久;隔热效果已与进口同类产品媲美，值得推广应用。
