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疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料性能研究建筑外墙和屋面用疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料采用纳米隔热粉和

2021-07-23 来源:阳江机械信息网

疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料性能研究,建筑外墙和屋面用疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料采用纳米隔热粉和纳米辐射粉作为主要功能性填料

近年来,建筑用反射隔热涂料的研究有了长足的进展。反射隔热涂料的设计思路与传统外墙和屋面的保温材料完全不同:传统的外墙和屋面保温采用“堵”的思路,将外界的热量隔在建筑基层的外面而储蓄在保温层中;

而反射隔热涂料则采用“疏”的思路,将太阳光的能量即时反射掉,并适时将建筑积累的热量以红外的方式释放出去。

目前,市场上常见的建筑反射隔热涂料,多以钛白粉、玻璃微珠、空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠等作为功能性填料,达到反射隔热的目的涂料在线coatingol.com。

此类反射隔热涂料存在着一些无法回避的问题:1)由于其他填料的屏蔽作用,功能性填料的反射作用受到影响;2)由于功能性填料的粒径一般较大,在一些对涂料细度有要求的场合,应用受到限制;3)最重要的不足是,由于功能性填料质脆易碎,导致此类涂料不能完全按照传统建筑涂料的生产工艺进行生产。上述几点问题,已严重影响和制约了反射隔热涂料在建筑节能和建筑防水领域的推广和应用。

研制的疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料,以纳米隔热粉和纳米红外辐射粉作为主要功能性填料,实现对太阳光的反射和辐射,从而克服了传统反射隔热涂料存在的上述问题。

1 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的作用机理

地球大气上界99%以上的太阳辐射光谱波长在0.15~4.00 μm 之间。太阳辐射能量大约50%处在可见光谱区(波长0.40~0.76 μm),7%处在紫外光谱区(波长<0.40 μm),43%处在红外光谱区(波长>0.76μm),最大能量则位于波长0.475 μm 处。太阳辐射通过大气,一部分到达地面,称为直接太阳辐射;另一部分则为大气的分子及大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。

被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间,另一部分到达地面,到达地面的这部分称之为散射太阳辐射。到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和,称为总辐射。太阳辐射通过大气后,其强度和光谱能量分布都发生变化。到达地面的太阳辐射能量,比大气上界小得多,分布在紫外光谱区的几乎没有,在可见光谱区减少至40%,而在红外光谱区则增至60%。

1.1 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的反射机理

太阳光照在任何物体上,都会产生反射、吸收和透射现象,反射率ρ、吸收率α 和透光率r 之间存在如下关系:

ρ+α+r=1 (1)

由于隔热涂料涂膜下面的基体多为不透明的砂浆、混凝土、腻子等物质,因此可以近似地认为透光率r=0,式(1)可简化为:

ρ+α=1 (2)

由此可知,增大涂膜的反射率ρ,就能降低涂膜的吸收率α。吸收率越低,建筑物接受的太阳能量越低,室内温度也越低,从而达到给建筑物隔热降温的效果。疏水性建筑反射隔热涂料就是通过提高涂膜对太阳辐射的反射率、减小涂膜自身的导热性,以赋予涂膜对外界一定的辐射能力,来减少建筑物对太阳辐射的吸收,从而达到节能减排的目的。

疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料主要由透光率高的高分子树脂、起反射太阳辐射的功能性填料和其他必要组分构成。

其中,功能性填料的选用是决定涂料最终隔热性能的关键:若采用纳米隔热粉作功能性填料之一,其表面经过改性处理,因而具有良好的分散性(减少太阳光的透射),且其粒径分布在250~400 nm 左右,正好为能量集中的可见光和红外光谱波长的一半,对可见光和红外光反射率较高,反射效果好。

1.2 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的辐射机理

自然界的物体在吸收太阳光的同时,也在不断地向外界辐射红外光和波长更长的电磁波,这种辐射是由分子、原子的热运动引起的,一般称为热辐射,辐射能量的大小与温度和物体的表面性质有非常密切的关系。大气层中的氮气、氧气、二氧化碳、臭氧等气体及水蒸气、灰尘等各种悬浮物,对地面物体发出的热辐射起到反射、吸收作用,阻碍着物体热辐射向外层空间的能量扩散。

但是,在8~13.5 μm 波段范围内,水蒸气、二氧化碳和臭氧等物质对热辐射的吸收和反射能力很弱,地面物体的热辐射可以源源不断地直接穿过大气窗口到达外层空间,实现能量的扩散和释放。在涂料的实际应用中,大部分太阳辐射能量都能经过隔热涂料涂膜表面及涂膜中二氧化钛隔热粉表面的多次反射,散发到外层空间,但仍有少部分的太阳光进入涂膜内部转化为热量。

此时,涂膜中的纳米辐射粉便发生了作用。纳米辐射粉是一种特殊的化合物,在8~13.5 μm 波段有很高的发射率,可将涂膜内的热量以红外的方式通过大气窗口发射到外层空间,进一步降低涂膜对太阳光的吸收。

1.3 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的疏水机理

疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料中添加了一种无机纳米疏水材料,其表面经过改性处理,可分散在水溶液中形成稳定的纳米级分散胶体,加入涂料中能迅速在涂料表面形成一种特殊结构的表层:与国际象棋的棋盘类似,假想棋盘的黑格为疏水表面、白格为亲水表面,即疏水表面与亲水表面交错排列。

通过加入不同粒径和结构的纳米材料,控制疏水表面的数量与疏水程度的强弱,最后涂膜的宏观表面表现为既疏水,又有一定的亲水性,同时不影响涂膜的透气性和重涂性。

疏水剂的加入,不仅使涂膜具有一定的疏水防水自洁功能,而且使涂膜的表面张力大幅度降低(水接触角增大),阻止水分向涂膜内部浸润,从而降低了涂膜的含水率,提高涂膜的隔热性能。涂膜水接触角试验截图,见图1。

涂膜水接触角试验截图

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2 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的性能

2.1 基本性能

参照标准GB/T 9755—2001《合成树脂乳液外墙涂料》中优等品的要求,测试疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的性能,测试结果见表1。

疏水性建筑反射隔热涂料基本性能测试结果

2.2 热工性能

参照标准JG/T 235—2008《建筑反射隔热涂料》中WQ 型产品的要求,测试疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的热工性能,测试结果见表2。

疏水性建筑反射隔热涂料热工性能测试结果

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2.3 疏水性能

目前,国内尚没建立建筑隔热涂料疏水性能测试的相关标准。本试验采用接触角测试法和淋水观察法相结合的方式,考察了疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的疏水性能。

1)接触角测试法:按GB 3186—2006《色漆、清漆和色漆与清漆用原材料取样》的规定进行取样,取样量根据检验需要而定;试板的状态调节和试验的温度、湿度,参照标准GB 9278—2008《涂料试样状态调节和试验的温湿度》的规定取值;测试用试板为符合标准JC/T 412—1991《建筑用石棉水泥平板》中1 类板(加压板,厚度为4~6 mm)技术要求的石棉水泥平板,其表面处理按标准GB/T 9271—2008《色漆和清漆标准试板》中7.3 的规定进行,涂布1 道反射隔热涂料,涂布厚度为150 μm,共制作3 块试板;养护7 d后,以养护好的试板涂膜表面为被测固体,以水为液滴,用外形图像分析法测试水对涂膜的接触角。结果取3 块试板所测接触角的平均值。

2)淋水观察法:按照接触角测试法的要求,制作3 块试板;将试板放置试验台上,长边与水平线成45°,短边与水平线平行。用普通吸管在试板的上端垂直滴下水滴,观察水滴在试板上的运行形态并予以判定分级:水滴从落水点在试板上自然流下,形成一条连续水痕,判定为不合格;水滴从试板上呈珠状滚落,虽有水痕,但不连续,判定为合格;水滴从试板上呈珠状滚落,有很少水痕,判定为良好;水滴从试板上呈珠状滚落,几乎无水痕,判定为优秀。

判定标准:要求接触角大于60°,且淋水等级达到合格以上。疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的疏水性测试结果,见表3。由结果可知,其性能满足对疏水性的要求。

疏水性建筑反射隔热涂料的疏水性测试结果

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3 结语

1) 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料有良好的反射辐射隔热效果,节能效果显著。

2) 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料有良好的疏水性,不仅能够减少雨水的浸润,降低涂膜的含水率,进而降低涂膜的导热系数、提高隔热效率,而且对建筑外墙与屋面的抗渗防漏也有一定积极作用。

3) 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的功能性填料为非微珠型,解决了传统反射隔热涂料不能采用普通建筑涂料生产工艺进行生产的问题,无需额外添设设备(和生产普通乳胶漆的工艺设备完全一致),减少了投资成本,并提高了生产效率。

4) 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料适用于各种建筑物,尤其是商业、教育、医疗、娱乐等大型公共建筑物外墙与屋面的反射隔热及装饰。推荐使用于夏热冬冷地区和夏热冬暖地区;在严寒地区和寒冷地区,可以和相应的建筑保温措施结合使用,达到建筑的夏季隔热、冬季保温的效果。

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