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反射隔热水包水多彩的制备及研究
2021年04月08日    阅读量:589    新闻来源:王燕、吕栋,德爱威(中国)有限公司  |  投稿

反射隔热水包水多彩的制备及研究 深圳资讯网,szftx.com

摘要

现代建筑由于对节能及装饰方面的需求日益提升,对墙体装饰面涂层随之提出了隔热保温性能的要求。水包水多彩涂料作为新型的仿岩石豪华效果的外墙涂料,市场上对其也提出了反射隔热性能的要求。本文就反射隔热水包水多彩涂料的制备及应用进行研究,在原有的配方体系中,通过对施工耗量、ALTIRIS® 550反射隔热钛白、反射隔热冷颜料影响因素研究,得到反射隔热性能优异的反射隔热水包水多彩涂料涂料在线coatingol.com


关键词:反射隔热多彩涂料;反射隔热钛白;水包水涂料;反射隔热冷颜料


发展绿色建筑已经成为当前建筑节能降耗工作的重点,而绿色建筑的发展离不开节能、环保、绿色产品的应用。近年来,建筑反射隔热涂料作为一种新的功能型建筑涂料,涂覆在建筑物外墙或屋面时,可以有效降低太阳辐射热在建筑物外墙或屋面的累积,减少夏季通过建筑墙体或屋面传入到室内的热量,从而降低空调能耗,改善室内环境舒适度,水包水多彩涂料因其逼真的仿岩石效果得到市场的青睐,也是目前市场中主流的外墙涂料。而结合建筑低碳节能的政策潮流,使用具有反射隔热性能的功能性材料,制备而成的反射隔热水包水多彩涂料会是高端市场的一种选择。通常反射隔热涂料根据隔热机理的不同,可分为阻隔型、反射型和辐射型,在建筑涂料中的应用为反射型和辐射型。本研究在水包水多彩涂料基础上,采用国内外已经大规模量产化的无机颜料、填料来调配水包水多彩成品漆,然后在应用过程中分别对涂层的太阳光反射比、近红外反射比、半球发射率进行了测试、讨论,进一步探讨反射隔热水包水多彩涂料的研究及应用。


试验部分


主要原材料

保护胶GS,上海网格国际贸易有限公司;反射隔热钛白粉ALTIRIS® 550,亨斯迈化工;金红石钛白902+,杜邦;反射隔热彩砂,江阴采麟;空心玻璃微球20-30μm,阿克苏诺贝尔;纤维素250HBR,亚什兰;去离子水、助剂等。


主要设备

SFJ-400变频分散机、SSR-ER太阳光谱反射率仪、Datacolor200M分光光度计、W77多彩喷枪、GFX鼓风干燥箱、水包水造粒机、AE1/RD1辐射率仪、电子秤


反射隔热水包水多彩涂料的制备

保护胶溶液的制备


加固溶液的组成成分见表1。


表1» 加固液的配方

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造粒溶液的组成成分见表2。


表2» 造粒液的配方

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在分散容器中加入称量好的去离子水,并将分散机的转速调至400-500rpm。缓慢地将称量好的GS粉体加入至分散容器中,并不断地提升分散机转速至1500-1800rpm,分散50-60min,制得加固溶液和造粒溶液,留作备用。


基础漆的制备

调色基础漆的配方见表3。


表3» 基础漆的配方

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在分散容器中加入称量好的去离子水,将分散剂转速开至400-600rpm,按配方比例依次加入钛白粉550、纤维素、分散剂、AMP-95、消泡剂,随着粘度的升高提高分散剂转速至1300-1800rpm,高速分散15-20min。测试浆料细度<50μm后,降低分散机转速至800-1000rpm,依次加入乳液、Texanol、丙二醇、消泡剂、防腐剂,分散5-10min,最后加入加固溶液,分散10min左右,制得基础漆留作备用。


连续相的制备

连续相配方见表4。


表4» 连续相的配方

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将分散机转速调至300-500rpm,按照配方比例依次加入各个组份原材料。在加入增稠剂时,根据实际粘度变化提高分散机转速至700-1000rpm,分散5min后制得连续相。


反射隔热水包水成品的制备

反射隔热水包水多彩成品配方见表5。


表5» 反射隔热水包水成品的配方

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按照配方比例先加入造粒液,然后加入调好颜色的各色彩点。先预切然后使用造粒机进行过筛造粒,得到大小合适的多彩彩点。然后按照配方比例加入连续相乳液,使用四叶桨40-150rpm低速搅拌进行混合,最后使用增稠剂将成品调整至合适粘度,搅拌5min制得反射隔热水包水多彩成品涂料。


测试样板漆膜制备

测试均在铝板上进行,制膜方式按照JG/T235-2014进行制膜。先使用200μm线棒在铝板上刮涂配套中层漆,刮涂2遍。待中涂干燥后,再使用多彩专用喷枪喷涂反射隔热水包水涂料。在温度为23±2℃、湿度为55±5的环境下养护168h后,进行测试。


结果与讨论


施工应用实验对比

反射隔热水包水是仿大理石、花岗岩的造型涂料。其颜色与效果并非均匀一致,其施工会影响到漆膜的颜色与整体效果,从而影响到它的反射隔热性能。在此讨论研究其施工耗量、罩面清漆是否会对其反射隔热性能产生影响。


使用与中层漆L*值相接近的反射隔热水包水主材见表6,分别对比0-0.7kg/m2,施工耗量对比涂层的近红外反射比(NIR)、太阳光反射比(TSR)、半球发射率。其结果见表7、图1。


表6» 反射隔热水包水各彩点占比

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注:将多彩成品制膜L*=75,NIR=0.82,TSR=0.63,半球发射率=0.93


表7» 不同施工耗量下的反射隔热性能对比

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注:半球发射率、TSR都符合国家标准要求,NIR需要大于L*/100,才能满足JG/T235-2014标准要求。


图1 » 相近颜色情况下不同钛白及用量对可见光反射率影响

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注:样品颜色相近,L*都在60左右。

所以当TSR>0.4,NIR>0.6,半球发射率>0.85为合格


数据显示,由于中层漆与反射隔热水包水主材L*较为接近,随着施工耗量的递增,涂层的TSR基本保持不变,都符合JG/T235-2014的TSR要求,这是因为TSR主要由涂层颜色本身决定的,施工耗量不影响涂层的TSR和半球发射率。当施工耗量为0(未施工水包水多彩)时,中层漆的NIR性能不符合标准要求。但随着施工耗量的增加,涂层NIR会有明显的提升,当施工耗量大于等于0.6kg/m2后,NIR基本保持不变,因为当施工耗量达到0.6kg/m2时,反射隔热水包水已经完全覆盖了中层漆,测试的数据均为反射隔热水包水的数据,不再受中层漆的影响。因此接下来的实验测试中,均采用施工耗量为0.6kg/m2进行测试。


色浆种类及用量对反射隔热水包水反射隔热性能的影响

涂料的调色是通过在白色或低遮盖的涂料中添加颜料来实现的,而涂料颜色的主要性能取决于其使用的颜料性能和含量。除钛白粉(TiO2)以外,由于传统的无机颜料和有机颜料对涂料热反射性能影响较大,所以绝大多数传统颜料不适合应用于彩色热反射隔热涂料体系。


冷颜料通常是指具有高的太阳光反射比、耐候性良好,并且自身化学稳定性非常优异的一类颜料。冷颜料大多数都是由几种金属混合物在经过高温(800℃以上)煅烧后化合而成,其主要成分是复合无机物,所以也叫复合无机颜料。


好的冷颜料,在保证着色力的前提下,如何提升其自身的近红外反射比就成为了生产制造的关键。特别是应用在建筑外墙的涂装,既要保证自身优异的耐候及耐温变性能,又要兼备反射隔热的能力。


美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)根据颜料近红外的反向散射测试结果,将颜料进行了分级,分为强、中、弱近红外散射性颜料,具体分类如表8所示。从表8可以看出,冷颜料大多数属于强、中近红外散射性颜料。


表8» 颜料近红外反向散射能力分类

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由于本次测试主要针对多彩涂料,多彩涂料的彩点调色相对简单,在实际使用中铁红、铁黄、炭黑基本可以满足调色需求,故本次实验主要针对铁红、铁黄、碳黑来进行测试。分别使用科莱恩化工N131-CN黑、100-CN红、130-CN黄等3款普通色浆,与IR-R1 0 0-CN黄、IR-G1 0 0-CN红、IR100-CN黑这3款经过处理的反射隔热冷颜料进行对比测试。将调好颜色的各个彩点分别造粒,制作成单色点的反射隔热水包水涂料,并以0.6kg/㎡的施工耗量进行喷涂。分别选用与反射隔热水包水涂料相近颜色的乳胶漆,作为测试中层背景漆。对比测试对可见光的反射率,其结果见表9、表10、表11。


表9» 黑色色浆对比测试

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表10» 红色色浆对比测试

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表11» 黄色色浆对比测试

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综合表9、表10、表11可知,使用1%炭黑调色后,NIR和TSR数值已经很低,因为炭黑对全部的太阳光具有强烈的吸收,导致整个涂层基本没有了反射隔热性能,故在反射隔热体系中不能使用炭黑色浆。当色浆(普通的炭黑、铁黄、铁红色浆以及反射隔热黑、黄、红色浆)用量添加至4%时,彩点均不能正常造粒而变成糊状,这是因为色浆在研磨过程中会添加大量的分散润湿剂,多彩基础漆中如果润湿分散剂含量过高时,会影响保护胶对彩点的包裹性,导致彩点不能正常造粒而变成糊状,所以色浆的添加量最多为3%。


从表中可知,当使用普通色浆进行调色,其NIR数值只是略大于其L*/100,当使用反射隔热色浆进行调色时,其NIR数值会高出其L*/100很多。NIR数值越高,对近红外反射率就越高,其反射隔热性能也会更为优异。


钛白种类及用量对反射隔热水包水反射隔热性能的影响

颜填料作为反射隔热的主要作用物质,其中钛白粉是最好的红外反射颜料,也是水包水多彩涂料中主要的填料物质。钛白粉对可见光的反射效率,会影响整个水包水涂层对可见光的反射性能。所以在反射隔热涂层体系中,钛白粉种类及用量是配方设计最为重要的一个环节。在施工耗量为0.6kg/m2,使用反射隔热色浆进行调色的情况下,对比测试杜邦902+及亨斯曼ALTIRIS550两种钛白粉及不同用量对可见光的反射率,其结果见表12、表13、图1。


表12» 相同色浆用量情况下的不同钛白及用量对反射隔热性能影响

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注:以上测试样品均加入1%IR-G 100-CN红,

1% IR-R 100-CN黄,1% IR 100-CN黑进行调色。


表13» 相近颜色情况下不同钛白及用量对反射隔热性能影响

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由表13可知,在相同色浆用量的情况下,902+普通钛白的L*值要高出ALTIRIS® 550钛白很多,可以得出,普902+对颜料的消色能力要高于ALTIRIS® 550,但使用902+的涂层对近红外反射要求均不符合JG/T235-2014要求,测试不通过。使用ALTIRIS® 550 的涂层在用量达到5% 时,可以符合JG/T235-2014要求,测试通过。


由表10可知,当我们对颜色进行固定,902+添加量在3%-8%时,涂层的NIR数值较低不符合要求,可得知,902+对近红外光的反射率较差,不符合JG/T235-2014标准要求,所以902 + 不适合应用在反射隔热水包水体系中。当ALTIRIS® 550用量低于3%时,其反射隔热性能也不理想,涂层NIR测试数据要略低于L*/100,是不符合JG/T235-2014标准要求的。当添加量为5%时,涂层NIR测试数据要略高于L*/100一点,虽然产品符合JG/T235-2014标准要求,但配方宽容度较差。当添加量为8%时,涂层NIR测试数据要高于L*/100很多,配方宽容度较好,当添加量为10%时,涂层NIR测试数据与添加量为8%时较为接近。所以,当ALTIRIS® 550添加量为5%-8%时即可。


结 语


1、当反射隔热水包水多彩涂料,在不具备反射隔热性能的中层漆上达到一定的覆盖率时(施工耗量大于等于0.6kg/m2后),NIR基本保持不变,因为当施工耗量达到0.6kg/m2后,反射隔热水包水主材已经完全覆盖了中层漆,测试的数据均为反射隔热水包水的数据,不再受中层漆的影响。


2、普通的炭黑色浆对近红外反射、太阳光反射的影响非常大,即便只加入1%含量,NIR、TSR数值已经接近0,因此在反射隔热中不建议加入普通炭黑色浆进行调色。


3、反射隔热红、黄色浆与普通铁红、铁黄色浆相比,对近红外光具有更高的反射率,从而对反射隔热性能的提升会有较大的帮助。但如果反射隔热色浆调色达不到预期的效果时,可以尝试使用普通色浆进行搭配使用,使反射隔热水包水既有良好的装饰效果,又有优异的反射隔热性能。


4、当色浆加入量过大(>4%)时,色点造粒出现发糊现象,因此在多彩基础漆中不建议加入过多的色浆。


5、使用杜邦902+钛白粉作为填料,不管是相同的色浆添加量,还是相近颜色下,做出的成品水包水涂料反射隔热性能均明显弱于用亨斯曼ALTIRIS® 550反射隔热钛白粉。


6、使用ALTIRIS® 550钛白粉作为填料,当添加量为5-8%时,水包水多彩涂料的反射隔热性能是可以满足要求的。


标签:工业涂料工程建筑涂料原材料钛白粉涂装应用技术中心
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