多色彩建筑外墙反射隔热涂料技术优化研究

多色彩建筑外墙反射隔热涂料技术优化研究

王茂超1崔会敏2

1山东诚信工程建设监理有限公司山东济南250102；2山东电力工程咨询院有限公司山东济南250013

摘要：多色彩水性反射隔热涂料作为一种新型节能材料，可广泛用于建筑物、石油化工设备等上，它能有效的反射、阻隔、辐射太阳光的能量，明显降低被涂料物温度，既改善了工作环境又节约了大量的能源。本文通过控制合适的工艺条件，将红外反射颜料、SiO2气凝胶二种特殊材料应用于涂料，得到具有高太阳反射比、近红外反射比、半球发射率和低导热系数的多色彩水性反射隔热涂料。

关键词：多色彩建筑外墙；反射隔热；涂料技术

引言

外墙保温隔热技术是建筑节能的重要技术领域，其地方标准对于促进我省外墙保温隔热应用技术的发展、应用和保证工程质量都有着非常重要的意义。我省近年来在这方面也做了很多工作。本文回顾近年来我国这方面的工作情况。

1、我国建筑反射隔热涂料的发展

除了军事及航天工程的应用外，我国反射隔热涂料的应用是在20世纪末从石油、液化天然气的金属储罐和输油管道等化工领域中的应用开始的，在取得成功后引起建筑业界人士的关注并于21世纪初开始在夏热冬暖地区的建筑屋面、外墙面和建材制品上得到应用，虽然取得明显的反射隔热效果，但应用量不大，其应用并未受到重视。2006年，国家开始强制实施建筑节能以后，由于建筑反射隔热涂料能够满足建筑节能的部分要求，其应用出现了新局面：应用区域扩宽、应用量增大、应用技术受到重视、应用水平不断提高、相关技术标准陆续颁布实施、产品品种增多。迄今为止，该涂料已成为夏热冬暖和夏热冬冷地区一种重要的建筑节能技术。

随着应用需求的增长和涂料生产技术的进步以及原材料的发展，出现了诸如透明型反射隔热涂料、高装饰性（非均质）反射隔热涂料、高性能反射隔热涂料等新品种。透明型反射隔热涂料是基于纳米半导体材料［如氧化铟锡（ITO）、氧化锡锑（ATO）、氧化铝锌（AZO）等］对太阳光谱具有理想的选择性，即对红外光的反射性很强，而在可见光区透过率高的特性，使得涂膜能够反射红外线而阻隔热量传递，并使紫外线透过涂膜，因而具有透明和隔热的双重功能。这类涂料既可以应用于玻璃表面制成反射隔热型节能玻璃，也可以和外墙涂料一起应用于外墙面砖表面。该类涂料扩展了建筑反射隔热涂料的应用范围，也为建筑节能提供了重要的技术措施。

2、实验

2.1、主要原材料及仪器

主要原材料：SiO2气凝胶（浆）、稳定剂、ALTIRISR红外反射颜料、钛白粉、填料、水性乳液、成膜助剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、稳定剂、去离子水、色浆等。主要实验仪器：高剪切均质机、多功能高速分散机、线棒涂布器、导热系数测定仪、Cary-5000紫外可见近红外分光光度计等。

2.2、涂料的制备

制备气凝胶浆：将分散剂、去离子水、SiO2气凝胶和稳定剂等原料分别加入容器，按特定的工艺要求，经高剪切均质机分散，制得SiO2气凝胶含量为15～30%的浆料。配制涂料：在现有水性建筑涂料的生产设备工艺上，首先加入水、润湿剂、分散剂、增稠剂、消泡剂等助剂，低速分散，加入钛白粉、ALTIRISR红外反射颜料、填料等粉料后，进行高速分散，至细度达到要求。然后在中速搅拌下加入水性乳液、气凝胶浆、成膜助剂等剩余原料，搅拌至均匀状态即可。最后加入普通色浆，得到不同颜色的水性反射隔热涂料。

3、结果与讨论

3.1、反射隔热原理

物体外表面接受太阳辐射光谱按照波长分为紫外区、可见光区、红外光区三个光谱区，在波长400~2500nm中的见光区和近红外光区分别集中了43%、52%的太阳辐射能量。如涂料在该波段范围内对太阳辐射的反射率越高，涂层的隔热保温效果就越好。为了使彩色表面能够在太阳光下保持凉爽，对太阳光谱中产热最多的不可见近红外光的反射变为至关重要，所以采用具有红外反射性能的颜料———ALTIRISR红外反射隔热钛白粉颜料，即二氧化钛经过特殊的结晶改良和包覆处理、控制晶体粒径大小，以最大限度的反射太阳光谱的近红外部分，并具有极高的耐候性。SiO2气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、低密度的特殊结构，能很好抑制对流、辐射、热传导三种热传导的途径，成为目前世界上热导率[0.013w/（m·K）]最低、隔热性能最好的固体材料，加入SiO2气凝胶的隔热涂料具有很好应用价值。

3.2、ALTIRISRW400在高明度涂料（L*＞80）中的反射表现

在白色/高明度反射隔热涂料中，ALTIRISRW400含量为5~10%、普通金红型钛白含量为10~20%；试验结果表明：①反射隔热涂料的半球发射率、太阳光反射比和近红外反射比均能达到标准要求，而普通外墙涂料未达标，其反射隔热性能差；②ALTIRISRW400颜料的冲淡力约为普通钛白的90%，提高涂层对红外线的反射，同时可提高一定的遮盖能力，特别适用于白色、浅色，或可用于高耐候需求的涂料。

3.3、ALTIRISR550在中明度涂料（0.40﹤L*﹤0.80）中的反射表现

在中明度反射隔热涂料中，ALTIRISR550含量为5~18%、普通金红型钛白含量为0~10%；在普通外墙涂料中不加红外反射隔热钛白粉，试验结果表明：①反射隔热涂料的半球发射率、太阳光反射比和近红外反射比均能达到标准要求，而普通外墙涂料未达标；②ALTIRISR550颜料的冲淡力约为普通钛白粉的50%，具有优异的红外反射性能并具有一定的可见光反射率，适用于中等明度的涂料；③在配色时，AL－TIRISR550颜料可取代普通钛白粉，适当减少配方中有色颜料的添加量。

3.4、SiO2气凝胶在隔热涂料中的性能影响

试验结果表明：随SiO2气凝胶含量的增加不断增加，涂料的导热系数逐渐减小，隔热性能逐步增强。①从2~3.5%处，从0.68W/（m·K）下降到0.03W/（m·K），热导率下降速度加快。二氧化硅气凝胶在涂料内部均匀分散时，隔热涂料热导率随气凝胶含量增大时而加速下降；②从3.5%到5.0%处，从0.03W/（m·K）降至0.021W/（m·K），热导率变化缓慢。二氧化硅气凝胶在涂料中引起部分聚集，而减小涂料自身的热阻，热导率变化缓慢。在本实验所选取的SiO2气凝胶含量的范围内，SiO2气凝胶含量与涂料的导热系数成反比关系。但是，涂料的导热系数不会一直减小，并且当SiO2气凝胶4％时，其导热系数已达到0.025W/（m·K），已经明显优于普通涂料，拥有很高的应用价值和开发的潜能。

3.5、多色彩反射隔热涂料基本性能

本体系制得的多彩色反射隔热涂料，按《合成树脂乳液外墙涂料》（GB/T9755-2014）中（面漆）优等品进行检测：容器中状态、低温稳定性、涂膜外观、耐碱性、耐水性、耐沾污性、涂层耐温变性、其污染后和人工气候老化后的太阳光反射比变化率等均达到标准的技术要求；耐洗刷性3200次、透水性0.4mL、耐人工气候老化性（粉化、变色）0级等均高于标准的技术要求。

结束语

由ALTIRISR红外反射隔热钛白粉和SiO2气凝胶制成的多色彩反射隔热涂料所有性能均达到或超《建筑反射隔热涂料》（JG/T235-2014）、《合成树脂乳液外墙涂料》（GB/T9755-2014）标准要求，产品可于建筑物顶面和外墙面；采用四种不同粒径钛白（ALTIRISRW400、550、800，普通钛白）+普通颜料/色浆（除碳黑或铁黑）合理搭配，能直接反射、散射太阳光辐射热量，以最低的成本获得高、中、低明度的多色彩外墙反射隔热涂料；添加SiO2气凝胶降低涂料的导热系数，能很好的抑制传导、对流、辐射等三种热传导在内部穿透的能量，进一步增强涂层的隔热性能。

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