外墙隔热涂料的制备及性能研究论文

1、外墙隔热涂料的制备及性能研究班级：08材料化学（1） 姓名：李昌奋 学号：摘要：本文所研制的阻隔型外墙隔热涂料是在涂料中掺入空心玻璃微珠、漂珠、硅藻土等导热系数较低的材料，能显著阻止热量传递，且隔热效果优良、耐沾污性和耐候性良好的一种薄层环保型隔热涂料。关键词：外墙隔热涂料；阻隔；反射；辐射；复合Study on Preparation and Properties of the Exterior Thermal Insulation Coating Li changfen Keywords: Exterior Thermal Insulation Coating； Heat-insulati

2、ng；Reflect； Radiate；CompoundAbstract：In this article the development gap between exterior wall thermal insulation coatings are paints mixed with hollow beads, glass beads, bleaching materials with low thermal conductivity such as diatomaceous earth, can significantly prevents heat transfer and insul

3、ation effect good, good stain resistance and weatherability of a thin layer of environment-friendly insulation coating.前言：阻隔型隔热涂料是通过对热传递的显著阻抗性来实现隔热的一种涂料。我国的阻隔型隔热涂料始于20世纪80年代末，以高温场合使用的保温隔热涂料为起点1。这种类型的涂料通常以表观密度小、内部结构疏松、气孔率高以及含水率小的材料作为轻骨料，依靠粘结剂的作用使其结合在一起，直接涂抹于设备或者墙体的表面来达到隔热的效果。建筑隔热保温涂料因经济、使用方便和隔热效果好等优点

4、而越来越受到人们的青睐，发展前景广阔。目前，根据涂料隔热机理和方式的不同，可以把隔热涂料分为：阻隔型隔热涂料、反射型隔热涂料及辐射型隔热涂料3类2。阻隔型隔热涂料是采用低导热系数的颜填料或在涂膜中引入空气来获得良好的隔热效果。如采用空心玻璃微珠作为隔热填料，利用细小空心微珠的无数空腔形成隔热层阻止热传导，制得阻隔型隔热涂料3-4。反射型隔热涂料研制的基本依据是：太阳热能绝大部分处于4001 800 nm范围，在该波长范围内，反射率越高，涂层的隔热效果就越好5-7。辐射型隔热1阻隔型隔热涂料1.1门隔热机理阻隔型隔热涂料的隔热机理比较简单，该种类型的涂料通常以表观密度小、内部结构疏松、气孔率高、

5、含水率小的材料作为轻骨料，依靠粘结剂作用使其结合在一起，直接涂抹于设备或墙体表面形成具有一定厚度的保温层，从而达到隔热保温的功效。1.2阻隔型隔热涂料的研究进展目前，应用最为广泛的阻隔型隔热涂料是硅酸盐类复合涂料。它是以天然矿物纤维材料、人造硅酸盐纤维材料为主，再辅以填料、助剂、粘结剂等按一定比例，经过松散、混合、打浆、鼓泡而制成的粘稠浆体8。硅酸盐类复合涂料摆脱了有机物，成为无毒、无味的“环保”型涂料。硅酸盐复合保温涂料结构上是一种固体基质连接的封闭孔网状结构，在保温层内部不形成沟状热流，这样大大减少了热流量，显著降低了导热系数。硅酸盐复合保温涂料主要品种有“复合硅酸镁铝隔热涂料”、“稀土保

6、温涂料”、“FBT一1保温涂料”、“涂敷型复合硅酸盐隔热涂料”等。而对于外墙外保温隔热涂料则一般由保温轻骨料、胶粘材料和助剂混合而成，其外观为粉状，现场按比例加水搅拌成粘稠浆液，以抹涂方式涂装。对于隔热涂料中使用的保温轻骨料通常有膨胀珍珠岩、膨胀蛙石、发泡聚苯乙烯和矿岩棉等。吴飞9等叫对上述保温轻骨料用于外墙隔热涂料的优缺点作了较详细的对比，提出使用废旧聚苯乙烯板材作为保温轻骨料，既保温节能，又节约了资源，具有良好的经济效益。于绍文等助用泡沫纤维作为隔热材料，通过实验研制成一种具有较强悬浮能力和粘结性的复合结合剂，从而制成泡沫纤维隔热涂料，其性能指标达到或接近耐火纤维砖。此外，利用空心玻璃微珠

7、质量轻、隔热性能好的优点，武汉工业学院杨晓鸿高级工程师以丙烯酸乳液为基料，空心玻璃微珠为填料，研制出一种特殊的保温涂料。该涂料形成的涂膜除了具有质轻、中空、保温效果好等优良特性外，而且经测试该种涂料达到了常规乳胶漆的各项性能指标9。1.3阻隔型隔热涂料的优缺点阻隔型隔热涂料原材料易得，生产设备简单，投人少产出大;施工方便，适于弯头、阀门、旋转体、球体等异形体的保温施工，可不停工对热管、设备进行施工。其缺点是对降低对流和辐射传热效果差且保温层较厚，吸水率高，不抗振动，使用寿命短，而且为了形成一个稳定的保温体系，还需另设防水层及外护层比10,11,12。2、研究与发展趋势总体而言,国内隔热功能涂料

8、的研究还处在起步阶段,研究工作主要集中在成膜物改性、涂料配方的调整、填料的选择等方面。热红外低发射型填料的研究主要是降低目标表面的发射率。将低辐射涂层涂装于基质内表面,以减少热量向物体内部辐射,在隔热方面的综合研究与应用还比较少。隔热功能涂料呈现出以下发展趋势:(1)环保性环保是新材料开发首要考虑的因素。传统的涂料多为溶剂型,施工后涂料中有机溶剂大量挥发,污染了环境,也对人体健康构成严重危害。因此,开发“绿色环保”涂料刻不容缓。(2)单层隔热功能涂层材料目前,隔热功能涂层一般由底漆、中漆和面漆组成。多层涂料体系在涂覆过程中很难保证面漆层的光滑与厚度一致,因此开发单层涂料体系的隔热功能复合材料具

9、有一定的经济价值。综合反射、阻隔、辐射3种类型涂料的优点,要有效地减少材料内外热量的传递和交换,应该在功能隔热材料的开发上多做文章,积极研制开发导热系数低、近红外高反射、热红外低发射的新型材料,特别是纳米功能涂料的开发与应用。同时,研究者们还应该进一步加强对光、热反射、吸收及辐射等基础理论,以及聚合物和无机材料中热能储存、转换及传递规律的研究,充分发挥阻隔、反射和辐射之间的协同效应,进而研制出新型高反射隔热型、可薄层涂装的、具有优异保护与装饰性能的隔热功能涂料。3、.实验部分 3.1 实验原料与仪器 （1）实验所使用的原料与试剂见表2-1表2-1 实验用原料与试剂名称纯度厂家丙烯酸分析纯天津市

10、大茂化学试剂厂N-羟甲基丙烯酸酰胺分析纯天津市化学试剂研究所二氧化钛分析纯天津市福晨化学试剂厂丙烯酸丁酯分析纯天津市福晨化学试剂厂甲基丙烯酸甲酯分析纯天津市福晨化学试剂厂苯乙烯分析纯天津市福晨化学试剂厂硅藻土化学纯广东台山化工厂过硫酸铵分析纯广东光华化学厂有限公司十二烷基硫酸钠分析纯天津市福晨化学试剂厂空心玻璃微珠分析纯佛山银亮粉体材料有限公司OP-10化学纯天津市福晨化学试剂厂三乙胺分析纯天津市大茂化学试剂厂乙二醇丁醚分析纯天津市富宇精细化工有限公司甲基硅油分析纯永达化工企业有限公司氧化铝化学纯广东台山化工厂热反射隔热粉分析纯佛山银亮粉体材料有限公司 （2）实验所使用的主要设备和分析仪器见表

11、2-2表2-2 主要实验设备和分析仪器名称型号厂家数显恒温水浴锅HH-2金坛市富华仪器有限公司増力电动搅拌器JJ-2江苏金坛医疗仪器厂嵌入式白炽灯具HL5050佛山市南海罗村廻龙灯饰电器有限公司电热鼓风干燥箱101-1A上海申通实验电器厂微机控制电子万能拉力测定仪RGT-10A深圳市瑞格尔仪器有限公司红外光谱仪II-550/3.2 水溶性丙烯酸树脂的制备 3.2.1 基本配方制备水溶性丙烯酸树脂的基本配方如表2-3所示，各配方用量均为总单体的质量分数。表2-3 水溶性丙烯酸树脂基本配方原料配方1用量配方2用量配方3用量配方4用量单体甲基丙烯酸甲酯（MMA）33.3030.0028.5027.0

12、0丙烯酸丁酯(BA)55.6050.0047.0044.00苯乙烯(ST)010.0015.0020.00丙烯酸(AA)5.555.004.754.50N羟甲基丙烯酰胺5.555.004.754.50中和剂三乙胺（TEA）适量引发剂过硫酸铵(APS)0.3乳化剂辛烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）0.5十二烷基硫酸钠（SDS）1.5助溶剂乙二醇丁醚（BCS）适量3.2.2 工艺流程（1）将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯等单体称量碱洗（除去阻聚剂对苯二酚，对苯二酚钠呈红色或棕黄色）后混合均匀备用。N羟甲基丙烯酰胺称量后用20mL水溶解备用。过硫酸铵称量后混合用30mL水溶解备用。（2）在带有搅拌

13、的四口烧瓶（干净）中加入150ml水、十二烷基硫酸钠、乳化剂OP-10、1/5的混合单体和1/5的N羟甲基丙烯酰胺水溶液，升温到50度搅拌乳化15min，升温至7072时（保持此温度）并用滴液漏斗缓慢滴加过硫酸铵水溶液25mL（要求2h内加完），15min后升温至8082分别用滴液漏斗缓慢滴加4/5的混合单体和4/5的交联剂水溶液（要求2h内加完），加完混合单体和交联剂水溶液后在802保温搅拌反应回流1.5h，然后加入5 mL过硫酸铵水溶液并升温至85搅拌30min，降温至50后用少量的三乙胺水溶液（浓度30%）调节pH=7.58.5, 用乙二醇丁醚和水混合稀释即可过滤出料。4、硅藻土掺量对涂

14、层隔热性能的影响硅藻土是稀有非金属矿，其主要化学成份是SiO2，含量达92%以上，结构为非晶体，其它组分主要为Al2O3和Fe2O3，以及少量或微量的钠、钾、钙、镁、钛及其它氧化物。硅藻土具有开口、多孔的结构，其导热系数为0.2640.297W/(mK)，折射率为1.41.5，比表面积为7，05067，000 cm2/g4。在基础配方中掺入不同量的硅藻土，其对涂层隔热性能的影响13见表4。表4硅藻土掺量对涂层隔热性能的影响掺量/%0(空样) 5.0 10.0 15.0 20.0绝对温升/ 34.6 30.4 30.2 25.4 28.1从表4可以看出，在涂料中掺入硅藻土对涂层的隔热起着非常显著

15、的改善作用，并随着硅藻土掺量的增加，这种改善效果更为显著，在掺量为15%时达到最优，此时与空白样相比，温差达到9.2。但是由于硅藻土为多孔结构材料，其对水有很强的吸附性能，当硅藻土掺量超过20%时，其在颜填料色浆中出现成团现象，极难分散。因此，建议在涂料中掺入硅藻土时，其最佳掺量为涂料总质量的15%左右，最大掺量不应超过20%。5、不同粒径的漂珠掺量对涂层隔热性能的影响漂珠又称空心玻璃球，是一种新型、多功能的无机材料。本文选用了三种粒径的漂珠，分别为120目、300目和600目，其堆积密度为0.260.45g/cm3，比重为0.40.8g/cm3，导热系数为0.01163 W/(mK)左右14

16、。其主要化学组成见表5。漂珠掺量对外墙涂料隔热性能的影响如表6所示。从表6可以看出，漂珠的粒径越小，其对涂层的隔热效果越好。当漂珠粒径为120目和300目时，漂珠的加入对涂层的隔热效果并没有起到改善作用；而粒径为600目的漂珠在掺量为3.6%时，其对涂层隔热性能的改善效果最好。表6漂珠掺量对涂层隔热性能的影响13绝对温升/掺量/%(空白样) 1.2 3.6 6.0 8.4 10.8 120目 30.6 37.1 37.4 38.1 38.9 40.5 300目 34.6 33.3 34.9 36.0 36.6 36.8 600目 34.6 31.7 30.9 31.5 31.9 32.76、结

17、论：通过考察在涂料中单独掺入某种阻隔型功能材料，得到硅藻土对涂层的隔热效果有较为显著的改善，涂料中添加适量的硅藻土或空心玻璃微珠，有利于提高涂层的隔热性能。于是在今后的阻隔型隔热涂料的制备中可能继续寻找一些功能材料，来继续改造隔热效果，同时也是我们今后所要继续研究的方向及课题。参考文献:1夏正斌，等.建筑隔热涂料的研究进展J.精细化工.2001.10.2夏正斌，徐伟萍建筑隔热涂料的研究进展J精细化工，2001，18(10)：599-6013蒋晓军，黄长庚，叶宏空心微球对隔热涂层导热性能的影响J涂料工业，2006，36(4)：8-114李文丹，陈建华，陆洪彬，等二氧化钛包覆空心玻璃微珠隔热涂料J涂料工业，2008，38(3)：33-365任秀全，陈鹏太阳热反射弹性涂料的研究J新型建筑材料，2004(2)：26-286李冰，孟庆红水性薄型热反射隔隔热保温涂料研制J上海涂料，2009，47(6)：14-177郭声波，叶建军反光隔热防水涂料的研究J新型建筑材料，2005(10)：46-498 叶树华.硅酸盐复合绝热涂料的保温性能仁J.新型建筑材料，1994，12:279 杨晓鸿