水性建筑节能保温隔热涂料及研制与应用.doc

水性建筑节能保温隔热涂料的研制与应用罗侃，姚伯龙，杨同华，栗利涛（江南大学化学与材料学院，江苏无锡214064）摘要：以自制的自交联丙苯乳液为成膜物质，并以硅酸盐类空心微珠、过渡金属氧化物、晶须、碳酸钙为填料，制成保温隔热涂料。该涂料固化后具有耐洗刷、耐水、附着力强、机械性能较好等特点，并具有较好的隔热效果。经检测各项性能优异。关键词：自交联乳液；保温；隔热机理；晶须基金项目江苏省环保科技项目（2005025）作者简介：罗侃(1984-),硕士研究生，师从姚伯龙教授，主要从事建筑涂料，功能高分子等研究开发。Preparation of water energy-saving and heat-insulation coatings for buildings and its applicationLuo Kan, Yao Bo-long,Yang Tong-hua, Li Li-tao (School of Chemical and Material Engineering, Jiangnan University, Wuxi Jiangsu 214122)Abstract: A heat-insulation is prepared from self cross-linkable styrene-acrylic emulsion as film-forming substance and silicate cenosphere, transition metal oxides, whisker and CaCO3 as fillers. The coatings shows excellent properties including anti-washing, anti-water, good adhesion and mechanical performance ect, especially its good heat insulation after cured. All the technicalperformance are qualified to authorized standards.Keywords: self cross-linkable emulsion; heat-insulation; insulation mechanism; whisker 引言在我国能源消耗中，建筑能耗大约占全国能源消耗的35，据知，我国从2008起，将对新住宅规定需要采取隔热保温措施。建筑隔热材料中建筑隔热保温涂料因经济、使用方便和隔热效果好等优点而越来越受到人们的青睐，发展前景光明，将有望促进涂料市场和隔热材料应用领域的拓展。传统的建筑保温涂料大多以提高孔隙率、提高热阻、降低传导系数为主。为达到相应的要求，保温层较厚，易开裂，外观较差，且干燥时间较长，因而应用范围也相应收到限制。其型材也因接缝较多，施工较为不方便，而且还存在着吸水率较高，需设有防水层或保护层，不抗振动，使用寿命短等缺点。涂料隔热的方式分为阻隔热传导、热对流、热辐射三类，因而研发主要从这三方面着手，力求研制生产复合型多功能保温涂料。保温效果良好的涂料一般是两种或多种隔热机理协同的结果。本课题主要从选择成膜物质和填料两方面入手，进行配方优化，从保温涂料隔热机理与结构上对其进行研究1。本涂料可用于建筑墙体外墙外保温，可采用刷涂、辊涂等方法施工，涂装方法简单，可节省大量的人力、物力。1 实验部分1.1原材料基料：自交联丙苯乳液：自制功能性填料：硅酸盐类空心微珠：进口；复合过渡金属氧化物：自制；晶须：工业极，无锡同盛高新材料有限公司；碳酸钙：1200目，常州市碳酸钙厂；助剂：成膜助剂、湿润分散剂；增稠剂；消泡剂等1.2复合过渡金属氧化物制备以Fe2O3、MnO2为主要原料按不同重量比例配料，Co2O3、CuO为掺杂料5，用电子天平按配方称量，放入研钵中研磨，使其混合均匀，通过300目网筛过滤后，放入陶瓷坩锅中置于高温电炉中进行固相烧结，温度800，保温6h3。1.3建筑涂料配方设计为了有效减少实验次数，采用L9（43）正交表进行正交实验，具体设计中不考虑各因素间的相互影响，因素水平的设置见表1。表1四因素三水平取用数据表A空心微珠B过渡金属氧化物C碳酸钙D碳酸钙晶须125205.45220152.7431510031.4建筑节能保温隔热涂料制备先将各种固体粉末细磨过300目筛。称量一定量的去离子水、分散剂、乙二醇于烧杯中，搅拌均匀，并用高速剪切机剪切，使其分散均匀；加入填料，充分湿润后，再通过高速剪切使其分散；依次加入乳液2、PCT、成膜助剂、增稠剂、消泡剂等，低速搅拌，使其分散；加入适量氨水，调节乳胶涂料的粘度。1.5保温涂料性能测试1.5.1涂膜性能测试参照合成树脂乳液外墙涂料GB/T 975520011.5.2保温性能测试采用80cm*50cm *60cm的泡沫保温箱进行实验，箱子上盖的是表面光滑的大理石板，其他5个面用50mm厚的泡沫构成4。在大理石板上涂布不同厚度的涂层，在箱子内部的固定高度（离大理石板10cm）装置玻璃温度计，以便于不间断地监测箱内的温度。将箱子置于红外灯下（模拟自然光），测定涂层下表面温度。涂层下表面温度是指涂层下表面在红外灯照射达到同一温度，且10min内不变化时测得数值。2 结果与讨论2.1 正交实验结果分析 表2为正交实验结果和数据处理结果。根据表2可以得出以下结论：按极差RMAX的大小及各因子的重要性顺序：ABDC。因素A最重要，因素B次之，因素C、D对涂层下表面温度影响不大。根据实际情况，结合正交表中的9个试验结果：A1B2C1D1的涂层下表面温度为39，因此可以作为实际实验的最优搭配方案，即空心微珠15g过渡金属氧化物20g碳酸钙5.4g碳酸钙晶须3g。表2正交试验结果编号ABCD涂层下表面温度/111325421211663132355421216252233686231257731133983222479333140水平11175155162168水平22187181164158水平33126152162162RMAX61292102.2 晶须的添加量对涂料性能的影响由于传统保温节能涂料的颜料体积浓度（PVC）较高，涂层又较厚，常常发生墙体涂层开裂、脱落现象，同时涂层的耐洗刷性不高。本课题研究应用晶须材料对涂料进行增强改性，意欲改善上述问题。试验表明通过添加一定量的CaCO3晶须时，涂层的耐洗刷性（GB/T 97552001）显著提高（见表3），涂层的开裂现象也得到明显改善，观察90天，几乎无任何裂纹，附着力为级。表3晶须的添加量对涂料性能的影响性能添加量543耐洗刷性350032503100耐候性（20d）无异常无异常无异常涂层下表面温度/403941图1添加CaCO3晶须的涂膜形貌显微镜照片图1为添加CaCO3晶须的涂膜形貌显微镜照片，从图1可以看到，CaCO3晶须在涂层中呈无规则取向排列，晶须分散良好，形成了较好的空间网状结构，能显著提高涂层强度、附着力、耐洗刷性等6。2.3涂膜厚度对涂层下表面温度的影响涂层厚度对涂料保温性能的影响见表4。表4涂膜厚度对涂层下表面温度的影响涂膜厚度/mm1.52.02.53.03.5涂层下表面温度/4944413938从表4中可以看出，随着涂层厚度的增加，涂膜的隔热性能不断提高，当达到3mm时，各项指标已满足要求，如果涂层厚度继续增加，保温性能基本不变，且材料用量会大幅度增加，工程造价随之增加。2.4 水性建筑节能保温隔热涂料性能表5所列是经优化的水性建筑节能保温隔热涂料的主要性能，配方由空心微珠、自制过渡金属氧化物、高分子中空微乳液以及碳酸钙、碳酸钙晶须按照一定配比组成；试验结果表明。此涂料具有较好的保温节能功能，涂料的耐洗刷性、附着力等性能明显提高，综合性能优异。符合GB/T 97552001中优等品的要求。表5水性建筑节能保温隔热涂料综合性能项目性能容器中状态无硬块，搅拌后呈匀状态施工性刷涂二道无障碍低温稳定性不变质干燥时间（表干）/h2涂膜外观0.95附着力1柔韧性/mm，2冲击强度/cm50耐水性(48h)无异常耐碱性(48h)无异常耐洗刷性3200耐候性（20d）无异常涂层耐温变性（5次循环）无异常平均涂层下表面温度/403结语（1）本课题以自制的自交联丙苯乳液为成膜物质，并以硅酸盐类空心微珠、过渡金属氧化物、晶须、碳酸钙为填料，制成保温隔热涂料。通过对填料的正交试验，得到最优配比，即即空心微珠15g，过渡金属氧化物20g，碳酸钙5.4g，碳酸钙晶须3g。（2）通过添加一定量的CaCO3晶须时，涂层的耐洗刷性显著提高，涂层的开裂现象也得到明显改善，观察90天，几乎无任何裂纹，附着力为级。（3） 不同的涂膜厚度同样影响着节能保温性能，试验表明3mm的厚度可以得到较好的保温性能，同时也可以节省成本。参考文献：1 王立华.薄层防水保温一体化涂料的研制J. 涂料工业，2007，37（4）：46472 A ANAND PRABU, M ALAGAR. Mechanical and thermal studiesof intereross-linked networks based on siliconized polyarethne-ep-oxy/unsulurated polyester coatings J. Progress in Organic Coatings, 2004, 49: 236.3 雷中伟,张英. 过渡金属氧化物系红外辐射涂料的制备和研究J. 佛山陶瓷，2007，17（1）：144 郭宝民,王正武. 建筑用红外辐射降温涂料的研制J. 涂料工业，2007，37（7）：32355 Hiroo Takushima, Katsuhei Matsuhei,Yukio Nishimura,et al. High efficiency infrared radiant usingtransitional element oxideJ. Journal of JapaneseCeramic Society, 1982,90(7):3736 姚伯龙,罗侃. CaCO3晶须改性保温节能涂料性能研究J. 涂料技术与文摘，2007，11：810