摘要：從涂料的環保節能角度出發，介紹了水性彈性保溫隔熱節能涂料的應用、配方工藝、原料的選擇、性能指標、使用方法等，著重討論了各組分配比的確定及其影響，從而選出最優的配比。關鍵詞：保溫隔熱涂料；水性；彈性；節能環保
0·引言
夏天酷熱的天氣會使墻面積聚大量的熱量，新加坡國立大學研究發現材料的選擇對建筑的導熱性能非常重要，對于建筑物，墻面是否隔熱起關鍵作用，屋瓦對頂層的室溫也起到重要作用。此外，日益增長的空調能源消耗也是不容忽視的問題，據分析顯示，1%的人口增長將提高2.2%的能源消耗，空調溫度每提高0.6℃，耗電將提高1.5%～2.0%。
熱反射隔熱節能材料是當今最具有競爭力的節能方式之一。采取必要的建筑節能措施，可大大降低建筑材料和空調能耗，使現代人在比較經濟且能耗較低的前提下，獲得舒適的生活環境，也使更多不可再生資源得以留給子孫后代，因此具有深遠的意義。外墻外保溫系統已被普遍認為是最有效的建筑節能措施之一，同時也是改善天氣環境，發揮投資效益的強有力手段。外墻外保溫由于是用保溫材料將建筑物整體包了起來，切斷了冷橋，減少了空氣及濕氣的侵入，具有保溫與隔熱雙重功效，同時對建筑結構也起到一定的保護作用。但傳統的外保溫體系聚苯顆粒砂漿、EPS板和XPS板體系施工繁瑣，造價高、易開裂，保溫效果也存在一定問題。為此研發了新型高效保溫隔熱涂料——水性彈性保溫隔熱節能涂料，其施工方便，耐候、耐污染，裝飾性好，且節能環保，具有廣闊的應用前景。
1·水性彈性保溫隔熱節能涂料的研制
1.1 試驗部分
1.1.1 試驗原料
水性乳液：AC-261C、AC-261p，純丙烯酸硬性乳液，2468彈性純丙乳液，陶氏；AP-5085彈性乳液：上海昭和化工公司；RS-7320彈性乳液，RS-9689彈性乳液，RS-706純丙乳液，上海巴德富公司；反射隔熱顏料粉：803-HT，上海羽唐公司，Y106，上海維來新材料科技公司；空心微珠：美國3M公司，上海外電公司；鈦白粉：R706，杜邦公司，R828，群升國貿公司；云母粉：國產；潤濕分散劑、消泡劑、增稠劑：上海海川公司；成膜助劑：群升國貿公司。
1.1.2 水性彈性保溫隔熱節能涂料基本配方
水性彈性保溫隔熱節能涂料基本配方見表1。
表1 水性彈性保溫隔熱節能涂料基本配方
1.2 涂料制備
分散罐中依次加入85%配方量的去離子水、分散潤濕劑、消泡劑、pH調節劑、成膜助劑，以1000～1200r/min高速分散5～10min；加入鈦白粉、云母粉，以1000～1200r/min，高速分散20～30min；上砂磨機高轉速研磨至細度≤30μm，然后在低速(500～600r/min)分散條件下加入反射隔熱顏料粉及空心微珠粉，攪拌分散5～10min；加入乳液，以500～600r/min攪拌分散5～10min；加入增稠劑和剩余15%去離子水，以500～600r/min調漆5～10min，即得到產品。
1.3 性能檢測
按照GB/T9755—2001合成樹脂乳液外墻涂料及JG/T210—2005彈性外墻涂料的標準檢測基本性能。
熱性能采用紅外燈照射，以紅外熱象儀法測隔熱溫差。檢測設備：(1)TI32紅外熱象儀：美國FlUKE公司；(2)紅外燈；(3)旋轉托盤(3r/min)。檢測方法：(1)加熱：2只紅外燈在不同角度以0.5m距離加熱，測試樣板放置在轉盤上緩慢旋轉，使樣板整個面都平均受光。(2)取像：在不同時間點，用紅外成象儀在樣板正面和反面同時拍攝紅外圖(見圖1)。(3)取數據：根據所取紅外圖，用該設備專業軟件計算所拍攝樣板的面平均溫度數據。
圖1 樣板正反面紅外圖
溫差測試數據見表2。
通過多次的試驗、測試，最終確認原料和配方，產品按照GB/T25261—2009標準檢測，其結果如下：
(1)固體含量>58%；
(2)黏度>110KU；
(3)涂布量：2～3m2/L(涂膜厚度：150～200μm)；
(4)延伸率：>150%；
(5)耐水(120h)：漆膜不損壞；
(6)耐堿(120h)：漆膜不損壞；
(7)耐人工老化：500h；
(8)太陽光反射指數：0.89；
(9)導熱系數：<0.16w/m·k；
(10)半球發射率：0.9；
(11)隔熱性，溫差：17～18℃。
2·結果與討論
2.1 成膜物質乳液的選擇
按照GB/T25261—2009標準的要求，乳液不僅要具有很好的附著力和包覆性，還應具有很好的耐候性，標準規定產品的耐人工老化性能和耐沾污性能應滿足國家或行業標準的最高等級要求，即彈性體外墻涂料的耐人工老化性能要達到400h以上，耐沾污性>30；非彈性體外墻涂料耐人工老化性能要達到600h以上，耐沾污性>15。按照上述基本配方乳液(28%～32%)+鈦白粉(25%)+空心微珠(10%)進行簡單的涂料配制測試涂膜耐人工老化性，以確認乳液的耐候性。結果顯示，上述所選的乳液均能達到標準要求，但還要注意：
(1)考慮到實際應用中，基層表面都有一層厚厚的保溫膩子層，無法保證其不會開裂，從而影響保溫效果和裝飾效果，所以優先選用彈性乳液。
(2)乳液干膜應具有非常好的透明性，這樣有利于反射太陽光。
(3)乳液干膜應具有非常好的耐沾污性，否則在一段時間后，其表面會粘附一定量的灰塵，對反射太陽光產生影響。
綜上所述，本產品選用新型自交聯彈性乳液，固化反應后形成核殼效應，內軟具有彈性，外硬具有很好的耐沾污性，克服了傳統彈性涂料容易污染和低壽命的缺點，涂膜長久清新，表面不會粘附灰塵，因此具有很好的反射太陽熱能的作用，有效提高了保溫隔熱作用。涂膜具有伸展性、防開裂性及防水性，同時又具有一般涂料的防霉、防藻、附著力強等優異特性。
2.2 對空心微珠的選擇
空心微珠品種較多，主要有空心玻璃微珠、陶瓷微珠和合成樹脂微珠，其粒徑大小和比重也有不同。粒徑越大，比重越小，空腔的體積就越大，但孔壁也就越薄，越易破碎。選擇粒徑大的微珠，能顯著降低導熱系數，保溫隔熱效果好，但其在涂料中很易上浮，后增稠嚴重，且涂膜易開裂，因此不能加入太多。如選擇粒徑小的，則比重大，易下沉，而且由于空腔體積小，使保溫隔熱性能差。因此要選擇在配方中適合的空心微珠，獲得最大限度的加入量，而且配方要穩定，保證最好的保溫隔熱效果，達到各方面的平衡，微珠還要有一定的壁厚，以達到施工中不破壁，不影響保溫性能。
還要注意的是微珠的球體，質量好的廠家生產的微珠應該都是均勻的正球體，不應出現扁形或者橢球形的，均勻的正球體對于從各個方面入射度的太陽光都有較好的反射比，在涂料中能形成很多微觀的獨立絕熱腔體，具有反射、散射太陽光的作用。該微珠粉熔點在700℃以上，大大提高了涂層的耐溫性，能起到很好的防火作用，而且由于其化學惰性，表面具有抗化學腐蝕功能，顆粒在涂料中緊密排列，又起到很好的防腐作用。
2.3 對反射隔熱顏料的選擇
反射隔熱顏料具有將吸收太陽能反射出去的功能，能夠起到屏蔽紅外線熱輻射的作用，其種類也很多，如金屬氧化物類；超細納米二氧化鈦改性類；表面包覆金屬氧化物類等，原則上選具有很好反射太陽光功能的產品，另外還要具有匹配的耐候性。以基礎配方測試確認反射隔熱顏料的耐候性，確保達到標準要求的最高等級人工老化要求。
2.4 各組分配比的確定及對性能的影響
2.4.1 乳液量的確定
水性彈性保溫隔熱節能涂料，是在彈性涂料或外墻涂料的基礎上，加入空心微珠和反射隔熱顏料制得的，按照GB/T25261—2009反射隔熱涂料標準要求，乳液用量如前所述確定為28%～32%。
2.4.2 鈦白粉
鈦白粉作為白色顏料在反射隔熱涂料中是必不可少的，因為白色反射可見太陽光能力最強，且對紅外線也有一定的反射作用，所以好的反射涂料一般以淺色較多。鈦白粉不僅反射陽光，還為涂料提供了優異的遮蓋力，所以在水性彈性保溫隔熱節能涂料中也是主要的原料之一，在基礎配方中的加量為18%～20%。
2.4.3 空心微珠粉
由于空心微珠粉中空體輕，體積大，易漂浮，當加量超過10%時，涂料黏度變大，放置會增稠，沒有流動性。
不同用量的空心微珠對涂料流動性的影響見表3。
表3 不同用量的空心微珠對涂料流動性的影響
2.4.4 反射隔熱顏料
當其他組分確定后，隨著熱反射顏料添加量的增加，試板的正反面溫度差會增大，但當超過一定量后溫度變化較緩慢，說明當加入到一定量后，該反射顏料均勻分布，已沒有足夠的空隙讓太陽光透過了，不能再增加反射。為了達到涂料性能及價格平衡，應和空心微珠配合使用。
檢測標準按JG/T235—2008建筑反射隔熱涂料(WQ型)，反射隔熱顏料粉的用量對隔熱性能的影響見表4。
表4 反射隔熱顏料粉的用量對隔熱性能的影響
2.4.5 調色對隔熱性能的影響
將做好的水性彈性保溫隔熱節能涂料加入5%鐵黃漿，調成中黃色涂料，與白色涂料對比檢測太陽光反射比和半球反射率，結果見表5。
表5 白色與黃色涂料太陽光反射率對比
實驗表明，純白色具有較高的太陽反射比，調入其他顏色后，對太陽反射比影響較大，對半球發射率影響不大。如何能使太陽光反射比、半球發射率數據都達到0.9以上，其他各種顏色能達到更高的太陽光反射比，是下一步研究中需要解決的問題。
3·涂裝工藝
(1)在涂裝前先將墻面處理干凈，含水率8%，PH<10，較大縫隙用專用膩子修補。
(2)批刮保溫膩子，分3～4次批刮，總厚度4～5mm，再批一道批光膩子，打磨光滑。
(3)用專用底漆打底，底漆要均勻涂布。
(4)待底漆干燥后，(至少4h)，再進行水性彈性保溫隔熱節能涂料的涂裝，分2～3次涂裝，以達到所需要的厚度，黏度高時兌清水不超過5%。
4·結語
水性彈性保溫隔熱節能涂料通過加入空心微珠粉，在涂料中形成很多微觀的獨立絕熱腔體，具有反射、散射太陽光熱輻射的作用。同時反射隔熱顏料的加入，又使其具有將吸收的太熱能反射出去的功能，起到更好地屏蔽紅外線熱能的作用。由于微珠粉熔點高于700℃，大大提高了涂層的耐熱性，能起到很好的防火作用，而且由于其化學惰性，表面具有抗化學腐蝕功能，顆粒在涂料中緊密排列，又起到了很好的防腐作用。采用自交聯彈性乳液，克服了傳統彈性涂料容易被灰塵污染的問題，更大地發揮了反射太陽熱能的作用，提高了涂層保溫隔熱的作用。目前項目研究的水性彈性保溫隔熱節能涂料已在江蘇溧陽和常州等地的大型工程中得到應用。
