顏填料對隔熱涂料反射性能影響的研究

　　摘要：用空心玻璃珠和二氧化鈦等顏填料改性硅酸鋁隔熱涂料，討論了顏填料的用量、顏填料的性能如遮蓋力、顏色、晶型對隔熱涂料反射率的影響，確定了最佳顏填料配比，分析了影響隔熱涂料熱反射率的因素。

　　關鍵詞：隔熱涂料；顏填料；反射率

　　0.引言

　　反射隔熱涂料具有隔熱效果好、涂層質量輕、耐久性好等優(yōu)點[1-3]。顏填料占涂料總成分的20%～50%，是涂料的重要成分，對涂料的反射性能起著決定性作用。顏填料可以充填隔熱骨料之間的孔隙，使涂膜致密，提高附著力，還可起骨架、增稠、減少收縮、改善施工性及表面狀態(tài)等作用。本實驗為了提高涂料的隔熱效果，用高反射率空心玻璃珠和二氧化鈦等對硅酸鋁隔熱涂料進行改性，并研究了多種顏填料的性能對隔熱涂料反射率的關系[4]。

　　1.實驗部分

　　1.1實驗材料

　　丙烯酸乳液：自制；苯丙乳液、SD-900改性純丙乳液：南通生達化工公司；空心玻璃珠5000目活化：四川天行健微珠納米材料有限公司；二氧化鈦：天津市河北區(qū)海晶精細化工廠；海泡石：西安興隆石棉制品廠；硅酸鋁纖維：西安振華隔熱材料廠；膨潤土：北京金源恒泰精細化工有限公司；成膜助劑；分散劑5040；潤濕劑EC-4500；消泡劑KX2000；增稠劑ASE-60等。

　　1.2實驗方法

　　先將膨潤土加水攪拌成漿，然后加入純堿液進行鈉化處理，制成鈉化膨潤土漿。再將水、潤濕劑、分散劑、增稠劑、消泡劑混合，攪拌使之均勻。然后加入成膜助劑、空心玻璃珠、二氧化鈦、海泡石粉、硅酸鋁纖維[5]、鈉化膨潤土漿，高速攪拌，得到均勻料漿。再將乳液、剩余消泡劑加入混合料漿中，低速攪拌均勻后，即得產品，氨水調pH值至8～9。

　　1.3熱反射率的測定

　　熱反射率的測定：裝置如圖1。

　　調節(jié)室溫為28.8℃；將兩塊噴涂黑磁漆的樣板相距50mm平行放在聚苯乙烯泡沫上，涂漆的一面朝上，其中心放在燈泡下；調節(jié)燈泡和樣板之間的距離，使兩塊樣板在30min內達到平衡溫度87.8℃；然后立即撤走一塊黑樣板，換上一塊待測熱反射漆板；經15min后，記錄平衡時反射漆樣板的溫度；然后推算出熱反射率。

　　式中：X為熱反射率；t室為當時室溫，一般固定為28.8℃；t黑為標準黑板溫度，一般為87.8℃；tx為實測的試板的溫度。

　　1—涂料試板；2—PS泡沫板；3—500W碘鎢燈；4—溫度計大部分試驗采用貼片式熱電偶

　　圖1熱反射率測定裝置圖

　　2.結果與討論

　　2.1顏填料用量與涂料反射率的關系

　　2.1.1空心玻璃珠用量對涂料反射率的影響

　　在二氧化鈦、海泡石、硅酸鋁百分含量分別為7.5%、8%、5%，丙烯酸乳液為22.5%的條件下，僅改變空心玻璃珠的用量，考察空心玻璃珠的用量變化對涂料反射率的影響，膜厚為100μm，結果如圖2所示。

　　由圖2可以看出，空心玻璃珠的用量增加時，反射率增大，當用量為25%時，達到最大值；隨著空心玻璃珠用量繼續(xù)增加，反射率不升反降。這是因為空心微珠導熱系數(shù)只有0.03～0.10W/m·K，是無機非金屬材料中最小的。另外其堆積密度小，約為100～200kg/m3，隨著空心微珠用量增加，涂膜層密度減小，反射率粒子增多，隔熱性能相應提高，反射率增大。但是，如果用量過大時，由于空心玻璃珠和水的表面張力很大，不容易互相混合，空心玻璃珠易上浮在表面形成結膜，反而降低了反射率。因此，空心玻璃珠的用量以25%較為適宜。

　　2.1.2二氧化鈦用量對涂料反射率的影響

　　在空心玻璃珠、海泡石、硅酸鋁百分含量分別為25%、8%、5%，丙烯酸乳液為22.5%的條件下，僅改變二氧化鈦的用量，考察二氧化鈦用量變化對涂料反射率的影響，膜厚為100μm，結果如圖3所示。

　　由圖3可以看出，隨著二氧化鈦用量的增加，白色涂層的反射率上升，到用量為15%時達到最高值，之后隨著用量的增加反射率反而下降。其原因如下：當用量<15%時，隨著用量的增加，漆膜內顏料的相對密度增大，起反射作用的顏料粒子數(shù)增多，故反射率呈上升趨勢。當用量達到15%以后，隨著用量的增加，由于粒子的聚集，使散射的比表面積減少，散射效率降低，故反射率下降。因此，對于二氧化鈦含量，從實驗結論和經濟成本來講，并不是越高越好，而是有一個限度范圍，從本實驗考察，以15%為佳。

　　2.2顏填料的性狀與涂料反射率的關系

　　2.2.1顏填料遮蓋力與涂料反射率的關系

　　顏料的遮蓋力是顏料粒子反射光的能力。對于白色顏料，光線可以完全進入顏料粒子中；對于有色顏料來講，顏料的遮蓋力是顏料粒子吸收某些光線并反射其他光線的能力[6]。在空心玻璃珠、硅酸鋁、海泡石百分含量分別為25%、5%、6%，丙烯酸乳液一定的條件下，添加同一質量的不同遮蓋力的顏填料，考察添加遮蓋力強弱不同的顏填料制成的涂料反射率的變化情況，結果如表1所示。

　　從表1可知：在含量固定的情況下，遮蓋力弱的白色顏填料制成的涂料反射率普遍低于遮蓋力強的白色顏填料制成的涂料反射率。這是因為底板為鐵板，遮蓋力不強，底色會顯露出來，影響反射率。另外，涂料遮蓋力的強弱受顏填料和樹脂兩者折光率之差的影響。要達到高反射率，必須采用折光指數(shù)高的顏填料和折光指數(shù)低的樹脂。本實驗中二氧化鈦的遮蓋力最大，其所形成的涂料的反射率明顯高于其他3種。

　　2.2.2顏填料顏色與涂料反射率的關系

　　在丙烯酸乳液和涂層厚度固定不變的情況下，用其他顏色顏填料與白色顏填料制成涂層進行反射率對比，以考察顏色[7]對反射率的影響。由文獻中可以得到，二氧化鈦有很好的遮蓋力和熱反射性能，為了減少遮蓋力對反射率的影響因素，突出顏色對反射率的影響，所以，在配方中皆用到一定量的二氧化鈦，以增加其遮蓋力，所配制的涂料配方及反射率見表2。

　　注：其他顏填料用量均為10%。

　　由上述實驗結果可以明顯看出，白色顏填料反射率高于彩色顏填料反射率，黑色樣板反射率最低。當由不同顏填料制成的兩種涂層都呈白色不透明狀時，如果都不存在吸收光線的粒子，那么全部入射的光線都會返回表面。但是如果涂層厚度不同，并且放在黑色基材上，那么含有低折射率反射材料的涂層能使部分光線進入黑色背景而被吸收，則涂層就不會完全不透明，與白色的涂層相比較，則呈現(xiàn)灰色。從而涂層對光的反射效果減弱，涂層表面溫度升高。

　　2.2.3二氧化鈦晶型與反射率的關系

　　在空心玻璃珠、二氧化鈦、海泡石百分含量分別為25%、15%、5%，丙烯酸乳液為45%的條件下，用不同晶型的二氧化鈦，在含量相同、膜厚一定的情況下，考察晶型[8]的變化對涂料反射率的影響，結果如圖4所示。從圖4可以發(fā)現(xiàn)，在同等條件下，銳鈦型的反射率普遍低于金紅石型的涂層；另外，通過肉眼觀察所制的涂料可以發(fā)現(xiàn)，銳鈦型的二氧化鈦遮蓋力沒有金紅石型的二氧化鈦遮蓋力好。

　　3.結語

　　1用空心微珠和反射率高的白色顏填料可有效提高涂料的熱反射性能，改善涂料的隔熱效果。

　　2在二氧化鈦、海泡石、硅酸鋁百分含量分別為7.5%、8%、5%，丙烯酸乳液為22.5%的條件下，空心玻璃珠含量為25%時涂料的反射率最高。

　　3在空心玻璃珠、海泡石、硅酸鋁百分含量分別為25%、8%、5%，丙烯酸乳液為22.5%的條件下，二氧化鈦的含量達15%時所得的涂料反射率最高。

　　4采用金紅石型二氧化鈦比銳鈦型二氧化鈦遮蓋力強，隔熱效果好。

來源：國家樹脂網(wǎng)

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