外墙彩色反射隔热砂壁质感涂料的研制与性能研究.docx

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1、我国单位建筑面积能源消耗是气候条件相近的发达国家的23倍，建筑节能工作任重而道远。照射到建筑物表面的太阳光能量可能被反射、吸收或透射，其反射率、吸收率。和透射率P之间存在如下关系：+p=1由于建筑物表面的涂料涂膜是不透明的，其对太阳光的透射率P可近似为0,则此时+。=葭要降低建筑表面对太阳光的吸收率。，就要尽可能提高建筑物表面对太阳光的反射率照射到建筑物表面的太阳光能量主要分布在紫外光、可见光、近红外光这3个波段,其产生的能量分别约占总能量的5乐45%、50%。由此可见，照射到建筑物表面的太阳光能量主要集中在可见光波段和近红外光波段。减少建筑物表面对可见光和近红外光能量的吸收，可以最大程度地降

2、低夏季建筑物制冷能耗，减小建筑物总能耗。开发研制反射隔热砂壁质感涂料的目的，一是模仿石材的质感，满足人们的审美需求,二是设法使这种涂料的涂膜将照射到建筑物表面的太阳光热量尽可能多地反射回大气中，减少建筑物表面对太阳光热量的吸收，从而达到降低室内温度，降低制冷能耗的目的。研究表明，综合反射隔热砂壁质感涂料的节能效果，应推荐将其用于我国夏季制冷能耗占比较高的夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的建筑物外墙。本文就成膜物质、骨料和颜料对外墙彩色反射隔热砂壁质感涂料太阳光反射比（TSR）和近红外反射比（NIR）的影响规律进行了试验研究，并通过试验对比了不同色系彩色反射隔热砂壁质感涂料与普通砂壁质感涂料的TSR和

3、N1R、涂料受污染后TSR和NIR的变化率，以及涂料隔热温差，研制了各项性能均符合JG/T235-2014标准要求的外墙彩色反射隔热砂壁质感涂料。1、试验部分1.1 原材料苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液、丙二醇、石英砂、颜料、分散剂、消泡剂、增稠剂、纤维素、杀菌剂、成膜助剂、表面活性剂、超细方解石粉以及膨润土等。1.2 试验设备电子天平、高速分散机、粘度计、鼓风干燥箱、恒温恒湿箱、盐雾试验机、耐老化试验机、太阳光谱反射计、柔韧性测定仪、拉拔强度测试仪以及涂层耐沾污性测试装置等。1.3 反射隔热砂壁质感涂料的制备及测试基料的制备工艺流程：在搅拌容器中加入适量的水，依次缓慢加入所需乳液、表面活性剂、

4、分散剂、丙二醇、多功能助剂、杀菌剂、消泡剂和成膜助剂，将分散机转速调节为500rmin,一边搅拌，一边缓慢加入超细方解石粉、膨润土和纤维素，然后将分散机转速调节到3500rmin,高速搅拌30min.涂料的制备工艺流程：根据配比将基料、石英砂和增稠剂加入搅拌容器，将分散机转速调节为500rmin,搅拌5min,然后一边搅拌，一边加入色浆，再搅拌5min,即得到涂料成品。按照JG/T24-2018合成树脂乳液砂壁状建筑涂料中所规定的方法进行涂料常规物理性能测试；按照JG/T235-2014建筑反射隔热涂料中所规定的方法进行涂膜反射隔热性能测试。2、结果与讨论2.1成膜物质对反射隔热砂壁质感涂料性

5、能的影响2.1.1乳液种类乳液的性能对反射隔热砂壁质感涂料的稳定性和施工性以及涂膜的柔韧性、耐水性和耐候性等均有直接的影响。在选择乳液时，一方面应综合考虑其耐水性、耐候性和耐沾污性等物理性能，另一方面还应考虑其聚合物结构对涂膜反射隔热性能的影响，选择不含或少含吸能基团的乳液，以尽量降低对可见光和近红外光能量的吸收。将乳液用量固定为15%,选取市售苯丙乳液、纯丙乳液和硅丙乳液分别制备反射隔热砂壁质感涂料并测试涂料涂膜的反射隔热性能。为了更直观地比较3种乳液对涂膜反射隔热性能的影响，涂料配方中不添加任何彩色颜料进行调色，只采用普通钛白粉作为填料。表1为乳液成膜后对不同波段太阳光的平均反射率。表2为

6、不同乳液对砂壁质感涂料涂膜的TSR和NIR的影响。表1乳液成膜后对太阳光不同波段的平均反射率乳液种类平均反射率/%近红外光谱(NIR)可见光谱(VIS)紫外光谱(UV)硅丙乳液7.507.826.71纯丙乳液7.028.236.74苯丙乳液4.737.155.84由表1可知，3种乳液成膜后对可见光都具有较高的反射率；在近红外波段，硅丙乳液和纯丙乳液的反射率要优于苯丙乳液。由表2知，不同种类的乳液对砂壁质感涂料涂膜的TSR和NIR的影响很小，这主要是因为砂壁质感涂料中掺入骨料造成涂膜表明粗糙不平，在色浆成分相同和颜色相同的情况下，表面形貌对涂膜太阳光反射能力起到决定性的影响。表2乳液对砂壁质感涂

7、料涂膜TSR和N1R的影响乳液种类明度值(U)TSRNIR硅丙乳液92.8600.7810.784纯丙乳液91.6600.7740.791苯丙乳液92.1000.7890.769从涂料的物理性能考虑，反射隔热砂壁质感涂料用于建筑物外墙，必须满足持久的耐紫外光老化以及耐沾污性的要求，以保证长期的反射隔热性能。相对于纯丙乳液和苯丙乳液，硅丙乳液中的有机硅树脂分子对称性高，分子的极性相互抵消，整个分子呈非极性，分子表面张力很低，具有非常好的疏水性能，从而使得涂膜的耐水性和耐沾污性能得到极大的改善，可以提高反射隔热砂壁质感涂料抵御环境污染的能力，保持其反射隔热性能:随后的试验中采用硅丙乳液作为彩色反射

8、隔热砂壁质感涂料的成膜物质。2.1.2乳液用量乳液用量对涂料的各项物理性能指标都有很大的影响。乳液用量过低，涂料干燥后无法形成连续膜，对颜料和填料颗粒不能有效包裹联结，则涂膜的柔韧性、粘结力和遮盖力等性能都较差，容易出现开裂、起鼓和脱落等质量问题；乳液用量过高，又会影响涂膜的强度和耐水性等性能，而且会增加涂料的成本。试验测定了硅丙乳液用量分别为9%、11%、13%、15%和17%时砂壁质感涂料的物理性能，结果见表3。由表3可知，随着乳液用量的增加，涂料的各项物理性能均得到提高。乳液用量为9%时，涂料施工性能较差；乳液用量11%时，涂膜的初期干燥抗裂性不能通过；乳液用量13%时，涂膜的柔韧性不能

9、通过;当乳液用量为15%时，涂膜的各项物理性能均能满足标准要求，且成本也能够被接受。表3硅丙乳液用量对涂膜物理性能的影响项目技术要求测试结果9%11%13%15%17%容器中状态搅拌后无结块，呈均匀状态通过通过通过通过通过施工性施涂无障碍差通过通过通过好表干时间4h3h3h3h3h3.5h初期干燥抗裂性3h无裂纹开裂开裂通过通过通过低温稳定性不变质通过通过通过通过通过热贮存稳定性无结块、霉变、凝聚及组成物的变化通过通过通过通过通过吸水量2.01.01.01.11.11.3柔韧性（450mm）无裂纹开裂开裂开裂通过通过2.2骨料粒径与级配对反射隔热砂壁质感涂料性能的影响反射隔热砂壁质感涂料中需要

10、添加合适的骨料以获得质感效果，但是骨料的存在会让涂膜表面变得粗糙，对太阳光的反射能力降低。因此，需要研究骨料粒径及级配等因素对涂膜TSR和NIR的影响规律，以选择合适的骨料粒径及级配，来兼顾涂料的质感装饰效果与隔热性能。2.2.1骨料粒径选取6种粒径的石英砂作为骨料制备砂壁质感涂料，分别是1#（120180目）、2#（80120目）、3#（4080目）、4#（3040目）、5#（2030目）、6#（1020目）。分别添加炭黑颜料色浆A和黑色冷颜料色浆B进行调色。由于冷颜料的着色力不如炭黑颜料，为了保持涂料的明度值1*在同一水平，试验中黑色冷颜料色浆的用量与炭黑颜料色浆的用量比为10：1。在白色

11、质感涂料中外掺1%炭黑颜料色浆制备普通砂壁质感涂料A1、A2、A3、A4、A5和A6；在白色质感涂料中外掺10%黑色冷颜料色浆制备反射隔热砂壁质感涂料B1、B2、B3、B4、B5和B6。将制备好的砂壁质感涂料分别在基板上批刮制作试板后养护7d,测试每个试板的TSR和NIR,测试结果见表4。表4骨料粒径对涂料涂膜TSR和NIR的影响编号1TSRNIRA127.760.0600.061A226.060.0520.052A325.310.0490.047A423.590.0420.040A522.600.0390.036A625.460.0470.043B128.690.2180.353B227.0

12、00.2030.334B326.220.1890.304B424.770.1720.279B523.160.1570.255B625.880.1690.272由表4可知，无论是添加炭黑颜料色浆还是黑色冷颜料色浆，砂壁质感涂料的TSR和N1R都随着骨料粒径的增大而减小。当骨料粒径为2030目时,添加炭黑颜料色浆的涂料涂膜(A5)的TSR和NIR分别为0.039和0.036,相比骨料粒径为120180目(A1)时分别降低了35.0%和40.9%；当骨料粒径为2030目时，添加黑色冷颜料色浆的涂料涂膜(B5)的TSR和N1R分别为0.157和0.255,相比骨料粒径为120180目(B1)时分别降低

13、了28.0%和27.8%。因此，在满足质感效果的前提下，应尽可能选择粒径小的骨料，以利于提高涂膜的反射隔热性能。2.2.2骨料级配采用级配合理的骨料，可以在保证涂料涂膜质感效果的前提下，使涂膜获得更好的物理性能，而且对涂料的施工性也十分有益。试验中测试了不同级配骨料对涂料涂膜TSR和NIR的影响。为方便对比，骨料在反射隔热砂壁质感涂料中的用量为60%,分别用2#、3#、4#、5#和6#石英砂等量取代50%的1#石英砂。各涂料中均添加普通钛白粉，而不添加色浆。各涂料中骨料的组成和比例以及1*、TSR和WR测试结果见表5。配比/%1TSRNIR1#2#3#4#5#6#基料60000004090.4

14、70.7740.769105000004090.880.7650.757100500004091.260.7540.749100050004091.180.7430.738100005004090.560.7310.726100000504091.690.7250.719由表5可知，随着骨料最大粒径的增加，涂膜TSR和NIR略有下降，但通过粗、细骨料的搭配，细骨料填充了粗骨料间的空隙，改善了涂膜表面平整度，一定程度上提升了涂料涂膜的TSR和N1R。因此可以认为，在保证涂料涂膜质感效果的前提下，合理的骨料级配有利于改善涂膜表面平整度，提高涂膜的TSR和NIR。2.3颜料对反射隔热砂壁质感涂料性能的影响2.3.1钛白粉测试了普通钛白粉与隔热钛白粉在不同用量时对涂料涂膜TSR和NIR的影响，结果如图1、图2所示。由图1、图2可知，无论是普通钛白粉还是隔热钛白粉,随着其用量的增加,涂料涂膜的TSR和NIR都有所提高，这主要是因为钛白粉在对可见光波段全反射的同时，对近红外光波段也有强烈的反射作用。同时可以看出，与普通钛白粉相比，采用隔热钛白粉更有利于涂膜TSR和NIR的提高；与添加普通钛白粉的砂壁质感涂料相比，添加隔热钛白粉的砂壁质感涂料的TSR提高了1.2%3.3%,而N1R提高了3.7%5.8%.可见，隔热钛白粉更有利于涂料NIR的提