1 前言
目前，我國的建筑節(jié)能水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與發(fā)達(dá)國家，建筑的單位面積能耗是國際上氣候條件相近的發(fā)達(dá)國家的2-3倍?，F(xiàn)代建筑大量使用彩鋼板、鋁合金建筑型材、鋁合金工業(yè)型材用于屋頂、建筑門窗、玻璃幕墻等眾多結(jié)構(gòu)部件，目前使用的涂料不具備隔熱保溫功能，在夏天或者冬天造成使用空間溫度過高或者過低，往往會為維持較舒適的環(huán)境消耗大量的能源，節(jié)能效益極低，非常有必要開發(fā)隔熱保溫材料提高這些使用空間的節(jié)能效率。在面對各種保溫隔熱材料的選擇中，建筑隔熱保溫涂料因經(jīng)濟(jì)、使用方便和隔熱效果好等優(yōu)點(diǎn)而越來越受到人們的青睞，運(yùn)用隔熱保溫涂料進(jìn)行涂裝是目前各國重點(diǎn)推廣的節(jié)能方法，發(fā)展前景十分廣闊。隔熱涂料一般可分為阻隔型、反射型、輻射型隔熱涂料。
本項(xiàng)目針對目前隔熱保溫涂料的隔熱性能與綜合性能難以同時(shí)達(dá)到最佳的技術(shù)難題，以在鋁材行業(yè)使用普遍，耐候性好的氟碳涂料為基礎(chǔ)，對隔熱保溫涂料的隔熱關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，研究隔熱效果優(yōu)與涂料綜合性能佳的高性能隔熱保溫涂料制備技術(shù)。
2 研究內(nèi)容
2.1 隔熱功能原理
建筑物的傳熱并非以某一種傳熱方式單獨(dú)進(jìn)行，而大多是導(dǎo)熱、對流、輻射三種方式綜合作用的結(jié)果。根據(jù)隔熱涂料的隔熱機(jī)理和隔熱方式不同，將其分為輻射型、阻隔型、反射型三種。實(shí)際上，隔熱效果最佳的隔熱涂料，應(yīng)該是在陽光照射下具有全面協(xié)同的光譜特征和阻止熱傳遞功能并主動向外釋放能量降溫。
2.2 隔熱功能填料隔熱性能的研究
將隔熱功能填料加入到PVDF光油體系中，制備得到具有隔熱功能的氟碳隔熱涂料，分別研究輻射型（納米氧化錫銻(ATO)半導(dǎo)體粉體）、阻隔型（閉孔珍珠巖）、反射型（空心玻璃微珠）隔熱功能填料對氟碳涂料隔熱性能影響規(guī)律，在此研究基礎(chǔ)上，通過正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，創(chuàng)新的開發(fā)集輻射型、阻隔型、反射型隔熱功能為一體的復(fù)合型氟碳隔熱涂料。
2.3 氟碳隔熱涂料的制備
氟碳隔熱涂料基本配方如表1所示：
2.4 涂料隔熱性能的測試
?。↖） 隔熱溫差測試
試驗(yàn)裝置：用30mm厚的聚苯乙烯泡沫板制成內(nèi)腔尺寸為300mm×300mm×300mm的箱子，在箱子的上表面裁出一個(gè)150mm×30mm的長方形孔洞，如圖2 所示。
試驗(yàn)環(huán)境：室內(nèi)測試，試板和箱子先置于環(huán)境溫度中2小以上，使測試裝置的溫度與環(huán)境溫度平衡，測量時(shí)需緊閉門窗，使環(huán)境風(fēng)速為0，盡量減小試驗(yàn)誤差。
測試步驟：①分別將空白樣和隔熱涂料樣的玻璃板放在兩個(gè)隔熱測定裝置的長方形空洞上，各用500W的碘鎢燈掛在兩個(gè)裝置正上方30cm處；②同時(shí)開啟兩盞碘鎢燈，每隔10min記錄兩個(gè)樣板在同一時(shí)間點(diǎn)下保溫箱內(nèi)的溫度；③至溫度變化不超過1℃（視為至平衡溫度）時(shí)，此時(shí)兩裝置保溫箱內(nèi)的溫度相減即得隔熱涂料的隔熱溫差。
（II）太陽光照射下的隔熱效果測試為模擬在太陽光照射下的自然環(huán)境中氟碳涂料的隔熱效果，本研究制作了2個(gè)空腔尺寸為300mm×300mm×300mm的隔熱箱，隔熱箱的5個(gè)面用XPS板構(gòu)成，上蓋300mm×300mm×3mm的玻璃片，試驗(yàn)裝置示意圖見圖3。將2個(gè)隔熱箱放在同一地點(diǎn)和同一高度，每隔30分鐘記錄一次箱內(nèi)溫度。
圖2 自制隔熱效果測定裝置示意圖
圖3 模擬太陽光照射下的隔熱效果測試裝置示意圖
2.5.1 輻射型隔熱功能填料的隔熱效果研究
輻射型涂料氟碳隔熱涂料的隔熱溫差與納米ATO粉添加量之間的關(guān)系如圖所示：
圖4 納米ATO粉對輻射型隔熱涂料隔熱性能影響規(guī)律圖
由圖4可看出，隨著輻射型隔熱功能填料納米ATO粉用量的增加，涂膜的隔熱溫差增大，但當(dāng)用量增至1.8份時(shí)，涂膜的隔熱溫差反而下降。因此，輻射型隔熱涂料的最佳添加量為1.6份，此時(shí)涂膜的隔熱溫差為12.9℃。
2.5.2 反射型隔熱功能填料的隔熱效果研究
反射型涂料氟碳隔熱涂料的隔熱溫差與空心玻璃微珠添加量之間的關(guān)系如圖所示：
圖5 空心玻璃微珠對反射型隔熱涂料隔熱性能影響規(guī)律圖
由圖5可知：空心玻璃微珠用量越多，阻隔型隔熱涂料涂膜的隔熱溫差越大，但隔熱填料的增加導(dǎo)致涂料黏度明顯上升，影響涂料流平性，因此，在不影響涂膜性能的前提下，當(dāng)空心玻璃微珠的用量為3.5份時(shí)，隔熱溫差可達(dá)12.1℃。
2.5.3 阻隔型隔熱功能填料的隔熱效果研究阻隔型涂料氟碳隔熱涂料的隔熱溫差與閉孔珍珠巖添加量之間的關(guān)系如圖所示：
圖6 閉孔珍珠巖對阻隔型隔熱涂料隔熱性能影響規(guī)律圖
閉孔珍珠巖用量越多，阻隔型隔熱涂料涂膜的隔熱溫差越大，但隔熱填料的增加導(dǎo)致涂料黏度明顯上升，影響涂料流平性，因此，在不影響涂膜性能的前提下，閉孔珍珠巖用量達(dá)到6份時(shí)，對涂層隔熱性能的改善效果最好，隔熱溫差為10.9℃。
2.6 隔熱節(jié)能型氟碳涂料的配方的優(yōu)化研究
隔熱溫差測試結(jié)果表明：閉孔珍珠巖、空心玻璃微珠、納米ATO粉三種功能隔熱填料均可起到隔熱保溫的作用，以上述三種隔熱功能填料的用量和隔熱溫差的定量關(guān)系研究為基礎(chǔ)，選用L9(33)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，探索最佳的復(fù)合型涂料的最佳配方。表1為三種隔熱功能填料的因素水平表，表2為復(fù)合型氟碳隔熱保溫涂料的正交實(shí)驗(yàn)配方及相應(yīng)試樣的隔熱溫差測試結(jié)果，正交實(shí)驗(yàn)的均值主效應(yīng)圖見圖7，均值響應(yīng)表見表3。
表1 隔熱功能填料的因素水平表
表2 復(fù)合型氟碳隔熱涂料的正交試驗(yàn)配方及隔熱溫差
圖7 正交實(shí)驗(yàn)均值主效應(yīng)圖
表3 正交實(shí)驗(yàn)均值響應(yīng)表
表4 復(fù)合型涂料的最佳配方
根據(jù)相同的測試方法對復(fù)合型氟碳隔熱涂料的隔熱效果進(jìn)行測試，結(jié)果表明，最佳配方的復(fù)合型氟碳涂料的隔熱溫差可達(dá)16.8℃。
3 隔熱功能填料對氟碳涂料隔熱性能的影響研究小結(jié)
?。?）閉孔珍珠巖、空心玻璃微珠、納米ATO粉三種功能隔熱填料均可起到隔熱保溫的作用，隔熱效果與功能隔熱填料的種類和用量有關(guān)。
?。?）在復(fù)合型氟碳隔熱保溫涂料的最佳配方中，三種隔熱功能填料的重量比為閉孔珍珠巖（阻隔型）：空心玻璃微珠（反射型）：納米ATO粉（輻射型）=20：15：1.6。
?。?）測試結(jié)果表明：最佳配方復(fù)合型氟碳隔熱保溫涂料的隔熱溫差可達(dá)16.8℃，隔熱效果優(yōu)于單一隔熱機(jī)理隔熱涂料。
總結(jié)：分別研究了閉孔珍珠巖、空心玻璃微珠、納米氧化錫銻(ATO)粉3種不同隔熱機(jī)理的功能填料對聚偏氟乙烯涂料(PVDF光油)隔熱效果的影響,并在此基礎(chǔ)上采用正交試驗(yàn)法優(yōu)化隔熱保溫氟碳涂料的配方,制備了一種具有協(xié)同隔熱效應(yīng)的復(fù)合型隔熱保溫氟碳涂料。
