薄层隔热涂料的制备及其性能研究

1、薄层隔热涂料的制备及其性能研究王瑾璐，蔡会武，江照洋，李建涛 (西安科技大学化工系，西安710054)摘要：以苯丙乳液为基料，用正交实验法对颜填料进行了优化，制备出一种由多种隔热机理同时起作用的复合型隔热涂料，探讨了颜填料的配比对隔热涂料导热系数的影响关系，测试了产品的导热系数、粘结强度、附着力、耐酸碱性等性能，并比较了经高温处理前后涂料粘结强度的变化。关键词：隔热涂料；导热系数；正交实验0.引言传统的保温隔热材料是以提高气相空隙率，降低导热系数和传导系数为主。纤维类保温材料在使用环境中为了使对流传热和辐射传热升高，必须要有较厚的覆 层1；而型材类无机保温材料要进行拼装施工，存在接缝多、防水性

2、差、使用寿命短等缺陷。为此，人们一直在寻求与研究一种能大大提高保温隔热性能的新型 薄层隔热材料2-5。本实验拟从阻隔型保温涂料与辐射型保温涂料存在的不足入手，以苯丙乳液为基料，通过在以硅酸铝纤维6为骨料的阻隔型隔热涂料 中加入低导热系数的膨胀珍珠岩和海泡石来提高涂料的隔热性能，同时加入吸收紫外线能力较强的二氧化钛和具有极高热反射率和发射率的空心玻珠7-8，期 望得到一种由多种隔热机理同时起作用的复合型薄层隔热涂料9-11。1.实验部分1.1实验材料苯丙乳液：上海通洋化工有限公司；空心玻璃珠：四川天行健微珠纳米材料有限公司；二氧化钛：天津市河北区海晶精细化工厂；海泡石：西安兴隆石棉制品厂；膨胀珍

3、珠岩：西安兴隆石棉制品厂；硅酸铝纤维：西安振华保温材料厂；成膜助剂：美国伊士曼化学公司；分散剂5040；润湿剂EC-4500；消泡剂KX2000；增稠剂ASE-60。1.2配方的设计为了有效减少实验次数，采用L16(54)正交表进行正交实验设计，具体设计中不考虑各因素间的交互影响，因素-水平的设置见表1。1.3制备方法先将水、润湿剂、分散剂、增稠剂、消泡剂混合在一起，搅拌使之均匀。然后按正交计划表加入空心玻璃珠、二氧化钛、海泡石粉、硅酸铝纤维、膨胀珍珠岩 等填料和成膜助剂，高速搅拌，得到均匀料浆。再将乳液、剩余消泡剂加入混合料浆中，低速搅拌均匀后，氨水调pH值89即得产品。1.4测试方法1.4

4、.1导热系数的测定将产品倒于模框中干燥，制成一定规格(200mm×200mm×15mm)的试件，用DRM-1型导热系数测定仪(湖南湘潭仪器仪表厂)测定其导热系数。表1五因素四水平取用数据表 1.4.2剪切粘结强度及高温后粘结强度的检测将试样涂抹于除锈后的两铁片(3cm×10cm)间，涂抹面积为3cm×3cm，干燥后用KD-50型电子控制万能试验机测试产品的剪切粘结强度： 剪切粘结强度=最大力F/接触面积S，单位：kPa，精确至1kPa。高温后剪切粘结强度检测：将上述已制备的试件放入(150±5)烘箱中，恒温 6h，取出放入干燥器中，冷却至室温，

5、按上述剪切粘结强度的检测方法分别检测。2.结果与讨论2.1正交实验结果分析按照表1的五因素四水平即L16(54)正交设计表进行实验，共制备16组产品，现将各组产品的导热系数测试结果整理成表2，并进行极差分析，将数据整理成表3。表2正交实验结果 表3正交结果级差分析表 通过表3对正交结果进行极差分析可知，各颜填料对导热系数的影响权重从大到小依次为ECABD。因素E最重要，因素C次之，因素B、D对反 射率影响不大。根据实际情况，结合正交表中的16个实验结果：第7组正交实验A2B3C4D1E2导热系数为0.0462W/(m·K)，因此，可以作为 实际实验的最优搭配方案，即空心玻璃珠12g，

6、海泡石9g，膨胀珍珠岩3g，二氧化钛12g，硅酸铝纤维7g(填料、乳液、水和助剂总质量为100g情况 下)。2.2硅酸铝纤维的用量对涂料导热系数的影响研究在空心玻璃珠12g，海泡石9g，膨胀珍珠岩3g，二氧化钛12g，其他乳液、助剂、水的用量不变的条件下，仅改变硅酸铝纤维的用量，考察其用量变化对涂料导热系数的影响，结果如图1所示。图1硅酸铝纤维用量对隔热涂料导热系数的影响 由图1可以看出，随着硅酸铝纤维的用量增加，导热系数减小，当硅酸铝纤维用量为7g时，涂料的导热系数最小，但随着硅酸铝纤维用量的继续增加，导热 系数变化基本不明显。这可能是随着硅酸铝纤维隔热骨料用量的增加达到一定用量后，硅酸铝纤

7、维起到的隔热作用便到达某一极限，若要继续提高其隔热能力，应通 过改变其他条件来起作用。综合经济成本角度和隔热效果两方面考虑，在填料、乳液、水和助剂总质量为100g情况下，硅酸铝纤维用量为7g时最为适宜。2.3剪切粘结强度及高温后粘结强度的测试结果分析将未经处理和经过热处理后样品的剪切粘结强度数据对比整理成图2。由图2可以看出，经过高温热处理的样品，其剪切粘结强度与常温下的试样比有很大提 高，这是由于粘结层结构变化引起的。由于加热过程使涂层微孔中的气体逸出，形成一定的负压，且聚合物乳液形成的涂膜经过高温后固化，从而加强了涂层的粘结 强度。同时也说明该隔热涂料在热环境下除具有低导热性能外，其粘结强

8、度不仅没有下降反而会有明显提高，即在应用过程中，该隔热涂料在起到良好隔热效果的同 时也仍然具有优异的粘结强度和附着力。图2未处理高温处理前后粘结强度的测试结果对比图 2.4涂料的其他性能测试结果按照相关国家标准对涂料的其他性能进行了测试，结果经整理统一列入表4。表4隔热涂料的其他性能测试结果 对比相关国标可知，所制得产品的各项指标均符合相关行业的国家标准，可应用在众多领域。3.结语(1)颜填料和隔热骨料中对隔热涂料导热系数影响权重最大的是硅酸铝纤维，其次是膨胀珍珠岩。(2)正交实验结果确定的颜填料最优配比方案为：在填 料、乳液、水和助剂总质量为100g情况下，空心玻璃珠12g，海泡石9g，膨胀珍珠岩3g，二氧化钛12g，硅酸铝纤维7g。(3)产品的平均导热系