水性節(jié)能隔熱混凝土彩瓦涂料研制

    建筑物通過屋面吸收的熱量約占總吸熱量的 46%，美國和德國等發(fā)達(dá)國家在航空及軍用等專用涂料的基礎(chǔ)上相繼開發(fā)了用于彩瓦和屋面的反射隔熱涂料，如美國太陽能集團(tuán)公司的 LO/MIT-1,隔熱涂料，德國巴斯夫的 ULTRA-Cool涂料被涂物件表面溫度可下降5.5-14.5℃。

    近年來，我國的混凝土彩瓦發(fā)展迅速，且生產(chǎn)中大多摻加了大量的粉煤灰等灰渣材料，為資源綜合利用類環(huán)保型產(chǎn)品。但大部分廠家采用普通的水性和油性涂料作為彩瓦涂料，使得屋面吸熱問題突出，城市熱島效應(yīng)嚴(yán)重，建筑能耗居高不下，居室舒適性差。為配合我國建筑節(jié)能目標(biāo)的實(shí)施，浙 江華特集團(tuán)華特化工有限公司研制開發(fā)了一種光譜選擇性 熱反射涂料——  —水性節(jié)能隔熱混凝土彩瓦涂料（以下簡稱彩 瓦涂料）。這是近年來興起的一種被動(dòng)式降溫涂料，它能反射 大量的太陽輻射熱于外層空間，減少空調(diào)能耗，有顯著的節(jié) 能效果。

    1.   實(shí) 驗(yàn)

    1.1 原材料及儀器設(shè)備

    1.1.1   原料

    丙烯酸乳液（羅門哈斯、國民淀粉），硼改性中空陶瓷微珠（進(jìn)口），無機(jī)紅外輻射材料（進(jìn)口），其他顏填料、助劑等。

    1.1.2   儀器設(shè)備

    高速分散機(jī)，振蕩研磨機(jī)，自動(dòng)涂布儀，自動(dòng)干燥記錄儀，反射率測定儀，光澤測定儀，紫外老化儀，隔熱試驗(yàn)儀，耐 沾污試驗(yàn)儀，無氣噴涂設(shè)備等。

    1.2  彩瓦涂料的配方（見表 1）



    1.3  生產(chǎn)工藝

    彩瓦涂料的生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)乳膠漆相似。應(yīng)將紅外輻射材料研磨至小于 10μm，并避免中空陶瓷微珠高速剪切而破碎。其生產(chǎn)工藝流程如下:

    （1）先將水、防腐劑、防霉劑、分散劑、消泡劑、成膜助劑,攪拌混合均勻，用 PH( 調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)PH( 值至 )8.5左右。

    （2）加入紅外輻射材料、金紅石型鈦白粉于臥式砂磨機(jī)中研磨至細(xì)度小于10μm。

    （3）分別加入乳液、成膜助劑 ,、中空陶瓷微珠及消泡劑,，中速分散。

    （4）加入增稠劑水溶液和凍融穩(wěn)定劑等，調(diào)整至涂料粘度約100KU。

    （5）按定貨需要加入色漿，經(jīng)檢驗(yàn)合格后包裝入庫。

    1.4 性能測試方法

    反射率按GB/T 7287.10-1987《紅外輻射加熱器光譜法向發(fā)射率測量方法》進(jìn)行測試。    

    導(dǎo)熱系數(shù)按GB/T 10297《非金屬固體材料導(dǎo)熱系數(shù)的測定》進(jìn)行測試。

    反射隔熱性能參考美國屋頂材料協(xié)會(huì)和美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)的 ASTM D 6083-97以馬口鐵板為基板，按標(biāo)準(zhǔn)制板，置于測試臺(tái)上，樣品的背面緊貼熱電偶，并墊保溫材料。正上方掛有一個(gè)250W的紅外燈，模擬太陽的近紅外輻射，燈的高低位置可調(diào)，正面溫度測量采用 TM6902D 點(diǎn)式數(shù)字溫度儀，背面溫度測量采用數(shù)字巡回檢測儀。固定紅外燈的高度，即可得到相同紅外輻照度下不同涂層的下表面溫度。   

    其它常規(guī)性能按 GB/T 9755-2001《合成樹脂乳液外墻涂料》進(jìn)行測試。

    2. 結(jié)果與討論

    2.1  試驗(yàn)結(jié)果

    2.1.1 彩瓦涂料的主要技術(shù)指標(biāo)

    彩瓦涂料的主要技術(shù)指標(biāo)如 2 所示。其它常規(guī)性能指標(biāo)符合合成樹脂乳液外墻涂料要求。

                     表 2     彩瓦涂料的主要技術(shù)指標(biāo)



    2.1.2  彩瓦涂料的反射隔熱效果

    將以國標(biāo) G51001 B02灰色配置的水性節(jié)能隔熱彩瓦涂料，與普通水性彩瓦涂料和溶劑型氟碳金屬漆同時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)制成試板，并分別測試它們的反射隔熱效果，結(jié)果見表3。

    表 3 不同彩瓦涂料的反射隔熱效果



    2.2  討論

    2.2.1  反射率與節(jié)能效率

     在地球上能接受到的太陽輻射中，紅外熱輻射和可見光約各占 45%，而紅外熱輻射主要集中在 0.78-2.5μm波段，大于 ,2.5μm波長的輻射能所占比例小于 5%。入射在涂層上的太陽輻射被吸收、透射或反射，其吸收率 α、透射率 β和反射率 τ之間的關(guān)系為：

        α+ β+ ι= 1

    由于彩瓦涂料中存在顏填料，故彩瓦太陽熱反射涂料一般不透明，其透射率β近似為 0。因此，只有提高涂層的反射τ，才可以使涂層表面對(duì)能量的吸收較少，涂層溫度上升的幅度降低。采用高反射率和高折光指數(shù)材料是提高涂層反射降溫的有效途徑。

    2.2.2  輻射致冷作用

     在大氣環(huán)境中熱量吸收和輻射存在馬鞍形現(xiàn)象（如圖1），在波長 )8 ～13.5μm區(qū)域會(huì)出現(xiàn)熱量輻射大于吸收，采用紅外輻射材料的彩瓦涂料能提高這一區(qū)域的熱輻射，從而可使涂層表面溫度比環(huán)境低 7-15℃。



    圖1 涂層在大氣環(huán)境中存在熱量吸收和輻射馬鞍形現(xiàn)象

    2.2.3 隔熱作用

    采用特殊成膜工藝形成封閉多孔、低導(dǎo)熱系數(shù)的涂層，具有良好的隔熱效果（見圖2），同時(shí)提高了涂層的反射能力。


    圖 2   彩瓦隔熱涂膜的熱反射和隔熱作用示意

    小 結(jié)

    （1）利用硼改性中空陶瓷微珠的熱反射作用以及紅外輻 射材料的輻射致冷作用，使研制的彩瓦涂料具有優(yōu)異的隔熱 保溫性能。與普通彩瓦涂料和目前使用較多的氟碳金屬漆相 比，研制的彩瓦涂料可使被涂熱輻射物件背面的溫度分別下降8-14℃和6-10℃，能降低制冷能耗，減少城市熱島效應(yīng)， 改善環(huán)境質(zhì)量，提高居室的舒適性。

    （2）彩瓦涂料作為一種新型功能涂料，在住宅、石油化工 儲(chǔ)罐、糧儲(chǔ)倉庫、船舶、車輛、廠房建筑等方面有著十分重要的用途，隔熱保溫、節(jié)能等綜合效益良好，并具有廣闊的市場前景。