有机硅改性丙烯酸酯外墙外保温涂料研制和性能的研究

1、沈阳理工大学硕士学位论文摘要积极应对能源危机已迫在眉睫。外墙外保温涂料可降低建筑物表面及内部的温度，其研究对节能降耗具有重要的意义。高硅含量硅丙乳液作为外墙外保温涂料成膜物具有良好的耐候性和耐水性，是目前研究的热点。论文研究了合成高硅含量硅丙乳液的最优化条件。研究了以高硅含量硅丙乳液为外墙外保温涂料的基料，金红石型 TiO2 和空心玻璃微珠为颜填料，以美国军标 MIL-E-46136(A)S为评价标准，各组分对涂料保温性能的影响。研究了外墙外保温涂料的最佳制备条件。测定了成膜物的结构、涂膜及其涂料的热稳定性和外墙保温涂料的综合性能。结果表明制备 40%高硅含量硅丙乳液的最优化条件：以甲基丙烯酸

2、甲酯和丙烯酸正丁酯为丙烯酸酯单体，二者质量比为 0.8，八甲基环四硅氧烷为有机硅单体，乙烯基三乙氧基硅为硅烷偶联剂，二者质量比为 1，乳化剂 OP-10 和 SLS 的配比为 2/1，用量为单体量的 2.0%，NaHCO3 用量为 0.5%，引发剂用量为 0.55%，聚合温度控制在 80，油水比为 0.6。乳液和涂膜各项性能符合 GB/T 20623-2006 要求。IR 分析表明，产物确为丙烯酸酯单体与有机硅单体共聚而成。TG 分析表明，硅丙乳液在 200左右开始热失重，失重率 5.956%。结果表明外墙保温涂料的最优化配方为：有机硅含量 40%的硅丙乳液为成膜物，用量 25%，金红石型 T

3、iO2 用量 15%，空心玻璃微珠用量 12.5%；最优化工艺：高速分散时间为 80min，研磨时间为 60min，涂膜厚度 0.2mm，涂刷次数为 2 次。最佳条件下，涂有保温隔热涂料试片绝对温升 22，比空白实验低 14，具有很好的保温隔热性能。涂料的 TG 分析表明，温度 900时，失重率为 27.68%；综合检测结果表明：各项指标均达到 GB/T 9755-2001 的要求。研制的外墙外保温涂料水性、环保，具有良好的保温隔热性能、其他性能符合国家标准。关键词：外墙外保温；硅丙乳液；保温涂料沈阳理工大学硕士学位论文AbstractActively respond to the energ

4、y crisis is imminent. Exterior insulation coating canreduce the temperature of the surface and internal of the building, The study issignificant energy saving. High silica content of acrylic emulsion paint for exteriorinsulation film has good weathering properties and water resistance,This is a curr

5、entlyhot research.Papers studied the optimum conditions of synthesis of high silica content of acrylicemulsion. High silicon content of the acrylic emulsion paint for the exterior insulationbase material, rutile TiO2, and hollow glass microspheres as fillers, The U.S. militarystandard MIL-E-46136(A)

6、S for the evaluation criteria, The impact of each componentto lnsulation properties of the coatings was researched. The optimum preparationconditions of exterior insulation coating was discussed. The structural determination ofthe film, The thermal stability of the coating and comprehensive performa

7、nce ofexterior Insulation coating was determined.The results show that the optimum conditions of synthesis of high silica content of40% acrylic emulsion is Methyl methacrylate and butyl acrylate as monomers, Massratio of 0.8 between the two, Four eight-methyl siloxane ring as organic siliconmonomer,

8、 the mass ratio of the two 1, the ratio of SLS and OP-10 is 2/1, the amount is2.0% of the monomer, The amount of NaHCO3 is 0.5%, initiator dosage is 0.55%,Polymerization temperature at 80 and Oil-water ratio of 0.6. The emulsion andcoating performance in line with GB/T20623-2006 requirements. IR ana

9、lysis shows thatproduct is a silicone acrylate monomer copolymerization. TG analysis shows thatemulsion in the weight loss around 200 and weight loss rate of 5.956%.The results show that the optimum preparation conditions of exterior insulationcoating is content of 40% silicone emulsion as the membr

10、ane material, the amount ofit is 25%, the amount of rutile TiO2 is 15%, the amount of hollow glass beads is 12.5%;Optimization process is high-speed dispersion time is 80min, grinding time is 60min,film thickness is 0.2mm and brushing 2 times.Under optimal conditions, Coated withthermal insulation c

11、oating the absolute specimen temperature is 22, lower than theblank test that the temperature is 14, has good insulation properties. TG analysis of沈阳理工大学硕士学位论文the coating showed that the weight loss rate is 27.68% when temperature is900;Comprehensive test results showed that the The performances mee

12、t GB/T9755-2001 requirements.Developed water-based exterior insulation coatings, environmental protection, hasgood insulation properties, other properties in line with national standards.Key words: exterior insulation; silicon-acrylate emulsion; thermal insulation coating沈阳理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:本论文的

13、所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩

14、印或其它复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：日期：第 1 章绪论第 1 章 绪论1.1 课题研究背景随着生产力的飞速发展，各国工业化进程的不断加快，能源消耗量越来越高，世界能源消耗量以每年 2%的比率增长，全球有近 30%的能源消耗在建筑上1-2；在我国，建筑能耗连同围护结构材料生产能耗已占到全国能源消耗总量的 27.6%，并将随着人民生活水平的提高逐步增加到 33%以上3。目前，随着我国城市化建筑的推进，建筑能耗在社会商品能源总消耗量中所占的比例也将持续增长，建筑业最终将超越工业、交通运输业等行业居于能耗的首位4。目前中国每

15、年建成的房屋达16 亿20 亿 m2，这些建筑中 95%以上属于高能耗建筑，我国建筑能耗中供暖能耗所占份额最大，单位建筑面积供暖能耗为发达国家新建建筑的 3 倍以上。就北方城镇供暖而言，所消耗的能源折合为 1.3 亿 tce/a，占中国总的城镇建筑耗能的52%5，电力消耗在办公建筑能耗中所占比例最大，空调能耗不断上升。中国目前的建筑能耗就供暖、空调和通风三项占到了建筑总能耗的 2/3。按照目前建筑能耗水平发展，到 2020 年，中国建筑能耗将达到 10.89 亿 tce (吨标准煤)，超过 2000年的 3 倍，空调高峰负荷将相当于 10 个三峡电站满负荷出力3。建筑节能(Energyeffi

16、ciency in buildings)6-7将成为提高社会能源使用效率的首要方面。针对目前全球能源紧缺的现状，如何在建筑中提高能源利用效率，积极应对能源危机已迫在眉睫，如何用有限的资源和最小的能源消耗代价取得最大的经济和社会效应，是摆在全人类面前的一项艰巨而迫切的任务8。1.2 国内外建筑节能现状1.2.1 国内建筑节能现状建筑节能是 21 世纪中国建筑事业发展的一个重点和热点，节约资源和保护环境是我国的基本国策，对实现国民经济又快又好发展具有重大的意义。建筑节能是降低能耗、提高能效、减少污染、提高人民生活水平的重要工作，是落实科学发展观的实际行动。我国建筑能耗已超过全国能源消耗总量的 25

17、%，并且还在不断的增长。当然，建筑节能涉及到很多方面，而最重要的是使建筑物具有可靠的-1-沈阳理工大学硕士学位论文绝热性能，这就要求建筑物的墙体、屋面、门窗等具有较好的保温隔热性能及良好的密闭性能。建筑物只有使用高效保温隔热材料的维护结构，才能具有良好的绝热性能。2000 年 2 月建设部就颁布了关于民用建筑节能管理规定的部长令，2002 年又印发了建筑节能“十五”计划，积极推进建筑节能，有利于改善人民生活和工作环境，保证国民经济持续稳定发展、减轻大气污染、减少温室气体排放、缓解地球变暖的趋势，是发展我国建筑业和节能事业的重要工作。我国能源消耗中，建筑能耗大约占全国能源消耗总量的 1/4，而建

18、筑用绝热材料仅占总量的 11%左右，可见建筑节能潜力很大。有关部门已做出一系列规定，并有了相关的标准规范，不少城市开展了节能住宅推广工作，有力地促进了建筑节能技术的发展9。当前我国建筑节能面临的主要问题有：(1)建筑用能效率低，污染严重。与气候相近的欧美国家相比，中国住宅的单位采暖建筑面积要多消耗 23 倍以上的能源。采暖期间城市大气污染指标普遍超标，大气污染严重；(2)建筑节能标准体系不系统，执行效果较差。1986 年我国颁布实施了 JGJ 26-86民用建筑节能设计标准，其中包括采暖居住建筑部分，标志着我国建筑节能工作正式开始启动。现在全国每年房屋建筑面积达 1617 亿 m2，全国城乡既

19、有建筑面积已超过 360 亿 m2，其中只有 1.3 亿 m2 是按采暖建筑节能标准建造的，且限于少数城市的居住建筑10，许多中小城市还基本上没有开始执行国家节能设计标准。为此先后又颁布了 JGJ26-95民用建筑节能设计标准 采暖居住建筑部分）、JGJ 129-2000既有采暖居住建筑节能改造技术标准、JGJ 134-2001夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准、夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准、公共建筑节能设计标准等几部全国性的标准；(3)建筑节能在设计及施工中还有许多问题。存在不同程度的设计思路不清晰、结构作法不合理、采用数据不正确、对标准规范理解不透彻、节能设计不完善及节能结论不明确等问题

20、；(4)建筑节能的法规标准配套不够完善。建筑节能标准还没有形成独立的体系，尚且缺乏技术支撑，节能标准编制进度和质量较差。同时标准实施没有相关产品支持，没有标准对建筑节能过程控制和最终的认定进行评价；(5)节能技术与产品不够成熟。目前我国采用的建筑节能产品高科技含量较低、节能率不高、多是常规的建筑节能产品，高科技的高效保温建筑材料的开发应用范围较窄11。随着我国国民经济的快速增长，能源短缺问题日益严重，节能工作已成为实现可持续发展的重要保证。在构建社会主义和谐社会的大环境-2-（第 1 章绪论下，要从意识的角度、环保的角度和社会责任的高度，大力开展能源节约宣传活动。从建筑设计、建筑材料、工程施工

21、质量等方面抓起，综合利用各种节能技术措施，选择经济合理的节能方案，必定可以获得显著的节能效果。我国建筑节能目标是在 2010 年，全国新建建筑争取 1/3 以上能达到绿色建筑和节能建筑标准，全国城镇建筑的总能耗达到节能 65%12。1.2.2 国外建筑节能现状从上世纪 70 年代的能源危机起，发达国家就开始关注建筑节能。经历 40 多年，各国主要做了以下工作：首先，各国分别制定了相关法规及政策，在建筑节能相关的认证和管理等方面都做了大量的工作，并取得了一定的节能成果；其次，在既有建筑的节能改造、新建建筑设计和施工以及建筑节能标准的制定和实施等方面做了大量的努力工作。其中国外的建筑节能标准，通行

22、的做法大体有两种：多数国家采用单独编出建筑节能标准的方式，如美国、加拿大、法国、德国、日本等；有的国家将建筑节能要求纳入建筑标准，并明确列出基本的指标要求，如英国自制定和实行节能标准以来已取得了巨大的成效，整个国家的建筑能耗大幅度下降，取得了显著的社会效益和经济效益。德国能源匮乏，节约能源和保护环境是德国政府开发利用能源的一贯政策。一些北欧国家，对于建筑节能的教育渗透到人们生活的各个方面，在荷兰、瑞典等国，随着民众节能意识的提高，结合政策的有效实施，使得这些国家的建筑节能工作走在了世界的前列。瑞典十分重视住宅配件的标准化问题，1967 年就制定了住宅标准法，规定住宅项目按照瑞典国家标准制定的材

23、料配件来建造能获得政府的贷款；日本早在1979 年颁布了住宅建筑保温隔热标准，规定了建筑部分热阻，并对所用的各种保温材料标明了最小的限度。美国在 1975 年第一次颁布了 ASHRAE（美国采暖，制冷及空调标准 90-75新建筑物设计节能标准。1977 年 12 月官方正式颁发布了新建筑物结构中的节能法规，在 45 个州内施行后收到很明显的节能效果，且每五年对 ASHRAE 标准进行一次修订13。2002 年，美国建筑（住宅好商业部门，商业部门包括服务和公共部门）用能达 1378.8Mtce，占能源总消耗量的 39.214，美国各级政府高度重视建筑节能，综合应用了多种政策工具，比如为鼓励购买节

24、能材料和使用节能设备，-3-沈阳理工大学硕士学位论文对新建节能建筑实施了减税政策等15。同时，美国国会在 1978 年通过了国家节能政策，其中包括设备节能的要求和相对应的激励政策。此后又出台了国家能源综合策略、能源政策法(EPACT)和国家耗能器具节能法，并制定了详细的节能目标：到 2010 年，每年节能 72Mtce，要求 44 万 m2 新建建筑能效提高 50%，153 万 m2 可既有建筑提高 20%；到 2020 年，每年节能 180Mtce，要求 136 万 m2可新建建筑能效提高 50%，340 万 m2 既有建筑能效提高 20%；2010 年节省能源费用 650 亿美元，2020

25、 年节省 3200 亿美元；2010 年减排 CO238Mt-C，2020 年减排105Mt-C。据日本相关资料报导，日本国内的建筑材料及设备生产用能很大，另外还有相当比例能源用于建筑、建材的运输。例如钢铁工业耗能占总耗能的 20%，其中约有 20%的钢材应用于建筑方面；水泥工业耗能占总耗能的 4%，它有一半以上的产品用于建筑交通运输业，其能耗占总能耗的 12%。此外，估计日本建筑业的生产和施工用能约占总能耗的 10%左右。再加上人们日常生活用能(为总能耗的20%)，建筑总能耗约占能耗的 30%左右。巨大的建筑能耗，对于完全依赖进口能源的日本来说，具有巨大的压力，应该积极应对能源消耗，采取相应

26、的节能措施。为此日本建筑节能工作主要体现在建筑使用管理节能和建筑设计节能两方面，通过在这两方面的积极努力，实现了全方位的建筑节能目标。同时日本还提出了“建筑的节能与环境共存的设计”的概念，所谓建筑的环境共存设计，是指建筑设计时必须把节能、长寿命、节省资源、与自然共存和与能源的再循环等因素考虑进去，以保护人类赖以生存的地球环境，构筑大家参与的“环境行动”的氛围。这些因素和要求作为法规已列入相应的法律法规中16-18。1.3 建筑外墙外保温涂料概述1.3.1 建筑节能随着对节约能源与环境保护的要求不断提高，建筑维护结构的保温技术也在不断加强，建筑维护结构的能耗是整个建筑物在使用过程中能源消耗的主体

27、因素，所以，对维护结构的节能措施是影响整个建筑能源消耗的关键。(1)墙体的主要节能技术墙体是建筑外围护结构的主体，其主要的保温体系有墙体自保温、外墙内保温和外墙外保温 3 种形式。-4-第 1 章绪论外墙内保温是在外墙的内侧使用保温砂浆、聚苯板等的建筑保温材料，从而使建筑达到保温节能的施工方法。而外墙外保温是将保温隔热体系置于外墙外侧，从而使建筑达到保温的施工方法19。外墙内保温该建筑保温节能施工方法由于将主体结构直接暴露在干湿变化大、温差变化大的大气环境中，造成较大的墙体变形和变形应力，这容易引起墙体或内保温层开裂，从而对建筑结构造成了一定的影响。另外，通常外墙内保温体系仅在梁和建筑内墙的内

28、侧，板及内墙对应的外墙部分被暴露在外面，从而得不到保温材料的保温保护，很容易形成冷热桥，因此，在冬季时，室外墙体的温度比室内的温度能低至少 15。所以目前外墙内保温系统的应用越来越少，而外墙外保温系统由于自身的优越性，应用越来越广泛。目前比较成熟的外墙内外保温技术主要有以下 3 种。a 外挂式外保温外挂式外保温材料有岩（矿）棉、玻璃棉、毡、聚苯乙烯泡沫板（简称聚苯板、EPS、XPS），陶瓷混凝土复合聚苯防石装饰保温板，钢丝网架夹心墙板等。其中聚苯板因其优良的物理性能和廉价的成本，已经在全国范围内外墙保温外挂技术中被广泛应用。外挂外保温技术是采用粘接砂浆或者是专用的固定件将保温材料贴挂在外墙上，

29、然后抹抗裂砂浆，压入玻璃纤维网格布形成保护层，最后加做装饰面。b 聚苯板与墙体一次浇注成型聚苯板与墙体一次浇注成型技术是在混凝土框一剪体系中将聚苯板内置于建筑模板内，然后在即将浇注的墙体外侧浇注混凝土，混凝土与聚苯板一次浇注成型为复合墙体。该技术解决了外挂式外保温的主要问题。c 聚苯颗粒保温料浆外墙保温聚苯颗粒保温料浆外墙保温施工技术简便，可以减少劳动强度，提高工作效率。与别的外保温技术相比较而言，在达到保温效果相同的情况下，其成本较低，可降低房屋建筑造价20-21。(2)屋面节能技术屋面是建筑物上部及表面和外界大气环境直接接触的部位，由于屋面占整个建筑表面的比例大，所以是建筑保温隔热的重点部

30、位，对建筑物的节能降耗具有重要的意义。屋面防水和保温是需要解决的基本问题，为此屋面布置可选择既保-5-沈阳理工大学硕士学位论文温又有防水性能的材料，比如：有憎水性的聚苯板，水泥聚苯板或膨胀珍珠岩等多种保温材料。同时也可以使用具有反阳光辐射的材料，设置防水层，再加上盖土工布或塑料凹凸板，达到柔性防水、排水、滤水和挡土的目的。另外屋面透气问题也是需要考虑的，为此可设置隔气层和封闭的空气层。近年来屋顶的保温做法主要有倒置屋顶、聚氨酯喷涂和做岩（矿）棉、玻璃棉吊顶等，同时岩（矿）棉、玻璃棉也具有吸声的功能。倒置屋顶是把防水材料设置在结构层之上、绝热材料之下。绝热材料必须满足导热系数小、蒸汽渗透性大、材

31、料内部不存在毛细管、处于反复冻融的条件下材质不变、吸水率小、抗压强度高等条件22。(3)门窗节能技术门窗是建筑物中重要的维护结构，具有采光、装饰、通风、隔声、保温和隔热等功能，是阻隔外界气候侵扰的基本屏障。 要使门窗达到一定的节能降耗效果，首先，门窗材质的选择是极其重要的。门窗玻璃是非金属材料，是一种透明的薄壁轻质构件，热辐射强度大，窗玻厚度一般为 36mm，热阻可以忽略不计，相对于房屋用玻璃总面积的 65%75%，其传热量是十分可观的，所以门窗玻璃的节能改造是提高建筑节能的关键。为此可以通过提高玻璃质量来改善门窗的保温隔热性能；其次，门窗结构的节能设计是提高建筑节能的主要工作，框型材材性和断

32、面形式是影响门窗保温性能的重要因素之一，此外也可以设计合理的窗框比。基于以上考虑必须选择合理的框型材料和进行合理的断面设计。型材断面最好设计为多腔型材，腔壁垂直于热流方向分布。选可用非金属材料断热桥对金属型材作断热处理，或将带腔的金属和非金属型材构成复合型材。而窗框比会影响窗框的感热面和放热面，所以在满足其他基本使用功能的前提下，最小面积的窗户不宜采用大断面的金属型材，同时要求窗立面不应分割太碎。在墙体外侧，应尽量使保温层与窗连接成一个整体，以减少保温层与窗体间的保温断点，避免热桥的发生。在窗的设计中还应该考虑其根部上口的滴水处理和窗下口的防水设计处理，防止水从保温层与窗根的连接部位进入保温系

33、统的内部而对外保温系统造成危害23。1.3.2 外墙外保温技术外墙外保温技术是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。外保温与其它外墙保温技术相比，具有以下七大优点：(1)适用范围广。外墙外保温可适用于新建-6-第 1 章绪论建筑和旧建筑的节能改造，也适用于北方需冬季保温地区的采暖建筑，南方需夏季隔热地区的空调建筑；(2)能有效保护主体结构，延长建筑物使用寿命；(3)保温效果明显。保温材料置于建筑物外墙的外侧，基本上可以消除建筑物各部位的“热桥”影响；(4)便于对旧建筑物进行节能改造。采用外保温方式进行节能改造时，最大优点是无需临时搬迁，基本不影响用户的生活；(5)有利于维持室内环境稳定。外保温墙

34、体由于蓄热能力较大的结构层在墙体内侧，当室内受到不稳定的热作用时，室内空气温度上升或下降，墙体结构层能够吸收或释放热量，故有利于室温保持稳定；(6)能够增加房屋适用面积。由于外保温技术保温材料贴在墙体外侧，故可使主体结构墙体减薄，从而增加用户的使用面积；(7)便于丰富建筑物外立面。在施工外立面的同时，可以利用聚苯板做成凹进或凸出墙面的线条及其它各种形状的装饰物，这就丰富了建筑物外立面24-25。1.3.3 建筑保温涂料概述建筑隔热保温涂料源自隔热保温涂料，具有良好的耐温变性、经济性以及优良的隔热保温性能，其应用越来越广泛，而且常用于高温管道、设备和油罐表面的隔热保温26-27。(1)建筑保温涂

35、料分类根据骨料和填料的不同可分为：复合硅酸盐保温涂料陶瓷保温隔热涂料空心玻珠保温涂料金属型铝矾土保温涂料等；按照隔热机理和隔热保温方式的不同可分为：阻隔型隔热涂料反射型隔热涂料和辐射型隔热涂料三种类型；按照加工工艺的不同保温涂料可分为：加热型常温非加热型干粉型28；按照合成树脂乳液的不同可分为：丙烯酸酯类苯乙烯-丙烯酸酯类醋酸乙酯-丙烯酸酯类醋酸乙烯-顺丁稀二酸二丁酯类氯乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸丁酯类氯乙烯-偏氯乙烯类有机硅改性丙烯酸类等29；按照是否使用溶剂可分为：溶剂型和非溶剂型。按原料的不同：陶瓷保温隔热涂料：采用陶瓷空心微珠为填料的陶瓷隔热保温涂料具有导热系数低、反射率和发射率高的优点，

36、可以反射或阻隔室外太阳光线和室内辐射热，将进入涂层的能量辐射到外部空间，达到维持室内温度稳定，增大室内外温差的目的，降低用于建筑物制冷取暖的能源消耗。同时又由于其良好的装饰、保护、防腐等特殊功能以及经济、使用方便和隔热效果好等优点，是一种在欧美等其他-7-沈阳理工大学硕士学位论文国家广泛采用的新型建筑保温材料。因此，势必有越来越多地传统建筑涂料将会被取而代之。该产品测试表明，产品常规性能、导热系数、光反射率和涂层发射率均处于国际领先水平30。空心玻珠保温涂料：空心玻珠是一种轻质、高强的空心玻璃微球，细度在几十至几百微米，一般可承受-268至 482的温度范围，具有耐水汽、不吸湿、耐腐蚀、自身不

37、产生腐蚀、在高温和水汽环境中自身稳定、较高的耐压强度、抗微生物侵蚀等显著优点。空心玻珠由于内部空心，空气导热系数较其它介质的要低，所以其具有较低的导热系数，使得空心玻珠保温涂料的保温绝热性能较好，同时也是一种新型的隔热保温功能涂料，应用于石油、炼化工业以及民用建筑等，可以较为明显的达到节能降耗的作用，是一种具有广阔市场前景的涂料新品种。近年来，已成为各界研究人员研究的热点。金属型铝矾土保温涂料：该保温涂料是以铝矾土为骨料，加入具有保温隔热性能的填料和其他添加剂制成的。其中常见的填料有水玻璃、焙烧石棉等。具有耐高温、耐化学稳定性和较高的耐热性等优良性能，可以广泛应用于生产有色合金、金属型铸钢及铸

38、铁。按隔热机理和隔热方式的不同：阻隔型隔热涂料：制备该种涂料具有所需原材料易得、投入少产出大、生产设备简单及施工方便等优点。但是其所形成的保温体系不太稳定，需要设外护层和防水层，使用寿命短；另外具有降低对流和辐射传热效果差、保温层较厚、吸水率高和不抗振动等缺点。反射型隔热涂料：反射型隔热涂料的隔热效果较阻隔型隔热涂料的明显，并且具有与各种基材附着力好、与底漆中间漆亲容性良好和耐候性强的优点。虽然一般使用的溶剂无刺激性气味，涂料施工对环境的影响不太大，但其缺点是大多数反射型隔热涂料仍是溶剂体系而不是水性体系，这与目前涂料向水性环保发展的趋势不太相符。辐射型隔热涂料：阻隔型隔热涂料和反射型隔热涂料

39、的隔热机理主要是减缓了所吸收热量的传递，而辐射性隔热涂料直接以辐射的形式将吸收的热量传递出去。建筑物在阳光照射的条件下产生热量，部分热量会通过涂料隔热层和反射层使得内部空间的温度缓慢升高，使用辐射型隔热涂料可以将吸收的热量以热发射-8-第 1 章绪论的形式辐射掉，从而使室内外的降温速率保持一致。其缺点是由于制备该涂料所需原材料的选取和烧结工艺比较复杂，所以不能得到发射率稳定，隔热效果显著的涂料，这方面还需要做进一步的分析和研究工作。按生产工艺的不同：常温非加热型：这种生产工艺通过合理设计原料配方可以不用加热的方式，再加上选择合理的原材料和助剂就可以得到保温效果显著的建筑保温涂料。加热型：这种生

40、产工艺通过使用加热的方式使原材料在生产过程中首先充分分散，然后随着温度的不断升高，达到高温条件时部分原材料得到了充分溶解。其缺点是投资大、能耗高、使用了复杂的蒸汽设备，不易操作。干粉型：粉末状保温涂料的生产工艺是以干态形式将粉末状原材料一起混合均匀或者分为两组各自混合均匀后再包装，其中常见的粉末原材料有粘结剂、轻质骨料和无机纤维等。该生产工艺具有产品运输储存方便、生产工艺简单及使用时现配使用的优点。(2)外墙外保温涂料的保温机理保温涂料同其它保温材料一样，传热方式仍可分为传导、对流和辐射，传导又可分为固相传导、气相传导和气液固相传导。其传热过程相对来说比较复杂，同时还受到许多因素的影响。保温涂

41、料由于包括含纤维材料和不含纤维材料两类，其内部呈微孔结构，所以属于多孔性保温材料中的一种。导热是由保温涂料中的气相和固相完成的。气相传热是保温涂料气孔内气体分子热运动产生的热传导；固相传热是由保温涂料中的颗粒、纤维和其它各种物质之间发生接触产生的热传导；气液固相传热是气孔内气体分子热运动和与其接触的固相之间的传热。热辐射是由保温涂料中固相物质产生的，而辐射热的传递方式有三种：穿过气孔由空隙传递、透过固相物质传递和由固相物质吸收后再辐射传递出去。(3)保温涂料特点在众多的保温隔热材料中，保温涂料呈纤维稠状膏体，是一种集保温、降温和隔热功能为一体的功能性涂料。保温涂料具备了涂料及保温材料的双重优点

42、：导热系数较低，保温效果明显；质量轻、涂层薄，用于建筑内保温可以相对提高住宅使用面积；与基层的粘结性强，可以实现整体性，尤其是适用于异型设备的保温，这是其它的保温材料通常无法实现的；具有良好的阻燃性；材-9-沈阳理工大学硕士学位论文料生产工艺简单、能耗较低；可采用人工涂抹的方式进行，施工相对简单；经济性良好，符合建筑环保的要求。由于保温涂料具有以上优点，已被广泛的接受和得到了大量的应用，节约了大量的能源31。建筑保温隔热涂料的质量和性能及发展是建筑节能目标顺利实现的前提条件之一32。(4)建筑保温隔热涂料的组成a 保温隔热骨料保温隔热骨料是保温隔热涂料中的重要组分部分，保温隔热涂料的保温性能与

43、其导热系数的大小具有很大的关系。而通常决定导热系数大小的因素包括：传热时的含水率和平均温度、材料的表观密度、内部结构以及本身的成分等。b 基料基料的作用是将涂料中的其它成分粘结成一整体，当涂料固化后，附着在基材表面形成均匀、连续、坚韧的保护涂层。它是外墙保温涂料的成膜基础，对保温涂料的性能有一定的影响。一方面要有较强的粘结作用，可把涂料中的各种组分粘合在一起；另一方面涂料干燥后能形成坚固的涂层，对涂料的理化性能有着决定性的影响。基料是影响乳胶涂料性能和涂膜性能的关键性因素，对涂膜耐候性、附着力、耐碱性、光泽保持性、耐洗刷性以及耐水性等性能都有一定的影响。d 颜填料填料本身不能单独成膜，借助各种

44、手段将其分散于成膜物中，涂料固化成膜后，填料留在涂膜中，是辅助成膜物质。填料的加入可以改善涂料的多种理化性能，如提高涂层的机械强度、附着力、渗透性、耐候性等，还可降低涂料成本。常用的填料有钛白粉、氧化锌、硅藻土、粉状硅酸盐纤维、云母粉、高岭土、海泡石粉等。保温填料空心玻璃微珠是由含硅、铝等元素的氧化物材料经特殊工艺制成的薄壁、封闭的微小球体，球体内部包裹一定量的气体，具有较好的红外光反射性及红外发射率，主要成分是硼硅酸盐，不溶于水和溶剂，具有低密度质轻、低导热、低吸油率、强度高和良好的化学稳定性、热稳定性，粒径及化学组成可控等优点33-35，是一种优良的保温材料，也常用于保温涂料中。成膜物干燥

45、后，玻璃微珠会紧密排列形成一层对热具有阻隔效果的封闭型中空气体层，阻断了“热桥”，从而使涂层具有良好的保温效果36。据此本实验选用空心玻璃微珠为保温填料。- 10 -第 1 章绪论钛白粉料具有耐候性、耐碱性，耐酸性、遮盖力好、化学稳定性好、耐光性强等特点，又由于其具有折射率高的特点，是用于高性能保温涂料生产的主要颜填料。滑石粉的加入可以改善涂料的易施工性，使涂料易于涂刷，并使涂膜具有很好的流平性。滑石粉的纤维状结构能对涂膜起到增强作用，增加涂膜的柔韧性，而片状结构则能够降低涂膜的可渗透性，具有柔软滑腻感。能够增加涂膜的光泽度和手感，增强涂膜的耐久性37。滑石粉具有珍珠或脂肪光泽，折光率较高38

46、，在提高涂料保温性能方面起到一定的作用。e 助剂常用的助剂有消泡剂、分散剂、防冻剂、成膜助剂、防腐剂及一些多功能助剂等。助剂虽在涂料配方中占的比例不大，充当辅助材料，但其作用很明显，是涂料配方中不可缺少的组分，目前没有不使用助剂的涂料，也没有涂料不使用助剂。主要是因为其在改善涂料施工及生产工艺、改善涂膜外观、改善涂料储存稳定性等方面起着重要的作用。同时可以赋予涂料特殊的功能，制备特种涂料，提高产品的性能和质量。目前为了顺应环保的要求，涂料发展具有向水性涂料发展的趋势，但是其理化性能通常都不如溶剂型涂料，主要依靠助剂来提高其理化性能及解决生产和制备过程中存在的问题，为此助剂的作用显得尤为重要。1

47、.4 外保温涂料的国内外研究现状及发展趋势1.4.1 国外研究现状发达国家先后提出无公害、无污染、省资源和省能源为发展涂料工业的三大前提，经济（Economy）、效率(Efficiency)、生态、能源(Engergy)为发展涂料工业的四大原则41。遵循这样的前提和原则，并充分吸收和利用高新技术领域中的成果，近年来作为环境主要污染源之一的涂料工业的技术水平有了新的飞跃：以有机物为成膜物的水性建筑涂料发展非常迅速，其良好的环保性、装饰性和性价比，已成为研究的热点42-43。建筑隔热保温涂料按其作用机理不同，可分为辐射型、阻隔型和反射型隔热保温涂料三类44。太阳热反射型建筑隔热保温涂料由于其优越的

48、经济性、使用方便及其良好的隔热保温效果而受到人们的广泛认可和应用。由于太阳是地球的主要热源，所以有效地降低太阳光产生的热效应就可以实现建筑物隔热保温的目的。目前国内外对这种涂料的研究相对比较热，并且已经取得了一些- 11 -沈阳理工大学硕士学位论文成果，但主要以溶剂型涂料为主45-50。美国和日本就隔热保温涂料发明了不少专利：Kiik 等51以丙烯酸树脂、聚氨酯等(面涂)、丙烯酸乳液(中涂)为成膜物，以金属颜料、铝片等(面涂)、CaCO3、粉煤灰、陶瓷微珠等(中涂)为功能填料，制得的建筑隔热保温涂料太阳反射率为 65%100%，用于建筑屋顶不仅隔热效率高且价格实惠；Hallissy G，Hig

49、bie William G 等52制备的建筑隔热保温涂料是用丙烯酸树脂为成膜物，空心陶瓷或玻璃微珠、云母粉为功能性填料，具有良好的隔热绝温和防火作用；Hugo Gerd53采用环化橡胶、丁基合成橡胶、碳氢化合物树脂、丙烯酸树脂等中的 1 种或几种为成膜物，第一球状颗粒物(铝、铜、银、金、镍、锆、铁、硅、锗的混合物或合金)；第二球状颗粒物(金属硫化物、金属硒化物、金属卤化物、锑化物、金属氧化物、钛酸钡、铁酸钡、CaSO4 等)为功能填料，涂料特征为在可见光、近红外区，3100m 波长范围内具有反射特性，得到了隔热保温效果优良的隔热保温涂料；Ebara Densen K K 54采用聚苯并咪唑、聚

50、酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚酯、聚酯-酰亚胺中的 1 种或几种为成膜物，绝缘空心陶瓷微粒、云母、玻璃微粉等为功能填料，制备的涂料具有优良的耐热性和稳定的热电性能；NagashimaSpecial Paint55以耐热性成膜剂为成膜物，透明或半透明空心陶瓷微粒(泡)、云母微粉等作为功能性填料，制得了反射率可达 90%，热辐射率达 94%，导热系数为0.125W/m，具有良好隔热、保温、绝缘等效果和耐候性、耐磨性、耐腐蚀等性能的隔热保温涂料；Kansai Paint co Ltd56制得的涂料成膜物为高分子聚合物多元改性共聚弹性树脂乳胶，功能填料是氢氧化铝、树脂起泡颗粒，涂料特征为具有优异的理化性能和

51、极强的附着力与亮度，其涂层除有保护装饰作用外，还具有良好的耐候性、热绝缘性和反射性能，对太阳热的反射率高达 80%以上，可见保温隔热效果显著；Mit subishi Heavy Ind Ltd57采用丙烯酸树脂为成膜物，Al2O3/SiO2 混合粉体和适量 Na2SO4 为功能填料，涂料具有良好的耐热防晒特性；R.Neil58采用马来酸二丁酯乙酸乙烯共聚物为成膜物质，通过加入一种 Ceremic Si132 珠光隔热剂制得了隔热性能优良的水性隔热涂料。外墙保温涂料的重点是开发高耐候性，耐沾污性和低毒的水性涂料。据资料分析，到 2009 年，美国和西欧一些国家在军事和民用的许多领域为研制出新型的

52、隔热涂料分别将投资 240 亿美元和 260 亿美元，如何提高隔热涂料的效率，已成为众多科研人员努力的方向，如：从隔热机理，生产工艺等方面入手，寻求提高隔热效果的途径，或寻求新的填料和对已知- 12 -第 1 章绪论填料的改性入手，寻求新的方法等等26-27。1.4.2 国内研究现状我国的保温隔热涂料是在 20 世纪 80 年代末开始研制和应用的，并以高温场合使用的保温隔热涂料为起点。遵循四 E（energy sources，environment，efficiency，economy）发展的原则，循着水性化、多功能化和高性能化的方向发展。国内研究所和高校已对保温涂料进行了不断深入的研究。曹开红，于红智等59以环氧改性有机硅树脂作为成膜物质，并以玻璃体二氧化硅材料、特殊陶瓷材料、磷酸锌、纤维材料为填料，制成保温隔热防腐涂料。该涂料固化后具有耐热、耐油、防潮、绝缘、附着力强、机械性能较好等特点，并具有