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1、棕色反射隔热外墙涂层的制备及性能 杨光 邓安仲 中国人民解放军陆军勤务学院 摘 要： 根据三原色理论, 将复合钛红、钴蓝和钛铬黄混合后与苯丙乳液制备了棕色反射隔热外墙涂料, 并与单独用铁棕和铁锌铬棕为颜料制备的涂料对比。采用紫外/可见/近红外分光光度计、红外辐射率测量仪和精密色差仪对涂层性能进行表征, 用自制装置测试涂层的隔热性能。3 种棕色涂层的外观相近, 均为低明度涂层, 它们的反射比、半球发射率、人工气候老化后反射比变化率等主要性能均符合 JG/T 2352014建筑反射隔热涂料的规定。附着力、铅笔硬度、冲击强度和柔韧性差别不大, 耐水浸泡 72 h 无异常。其中混合颜料所制涂层的太阳光
2、反射比和隔热性能最佳, 其平衡温度相对空白板降低了 12.3, 但所用原料最贵, 铁棕所制涂层的综合性能最差, 但成本最低。关键词： 外墙涂料; 反射隔热涂层; 苯丙乳液; 颜料; 反射比; 半球发射率; 三原色; 作者简介：杨光 (1990) , 男, 黑龙江哈尔滨人, 在读硕士研究生, 主要从事建筑节能材料的研究。作者简介：邓安仲, 教授, (E-mail) 。收稿日期：2017-02-06Preparation and properties of brown heat-reflective insulation coatings for exterior wallYANG Guang D
3、ENG An-zhong Army Logistics University of PLA; Abstract： A brown heat-reflective insulation coating for exterior wall was prepared from styreneacrylic emulsion and the mixture of compound titanium red, cobalt blue and titanium chrome yellow based on trichromatic theory, and compared with those prepa
4、red using iron oxide brown and iron zinc chrome brown as pigment individually. The properties of the coatings were characterized by ultraviolet/visible/near infrared spectrophotometer, infrared radiometer and precision colorimeter, and their insulation performance was tested by a home-made device. T
5、he three brown coatings have similar appearance and low luminosity. Their reflectance, hemispherical emittance and the variation of reflectance after accelerated weathering test all meet the requirement of the standard of JG/T 235-2014 Architectural Reflective Thermal Insulation Coating. There is li
6、ttle difference in adhesion strength, pencil hardness, impact strength and flexibility of the three coatings, and no abnormity after immersing in water for 72 h. The coating prepared with mixed pigments has an optimal total solar reflectance and heatinsulating performance, with a equilibrium tempera
7、ture 12.3 lower than that of the blank panel, but its raw materials are most expensive. Although the coating prepared with iron oxide brown has a lowest cost, its comprehensive performance is the worst.Keyword： exterior wall coating; heat-reflective insulation coating; styreneacrylic emulsion; pigme
8、nt; reflectance; hemispherical emittance; trichromacy; Received： 2017-02-06随着我国经济的发展, 建筑装饰材料的开发与应用规模逐年扩大, 人们对建筑外墙涂料色彩装饰性的要求也越来越高。普通的建筑外墙涂料虽然色彩鲜艳, 但在炎热的夏季, 其吸热升温的缺陷明显。新兴的反射隔热外墙涂料由于具有一定的功能性和装饰性, 逐渐成为关注的焦点1-2。近年来关于反射隔热涂料方面的研究报道较多, 主要集中在成膜物质的选择及新型颜料的开发方面。杨敏然等3采用 KH560 表面修饰后的氧化石墨烯改性丙烯酸树脂, 并测试了所制涂层的隔热性能,
9、发现未添加任何功能颜料的涂层的隔热温差仍可达 3.4C。该研究为反射隔热外墙涂料用成膜树脂提供了新思路。梁书婷等4用高温固相反应法制备了 Ti 掺杂 Cr2O3铬绿颜料, 当 Ti 的掺杂量为 0.006% (摩尔分数) 时, 样品 Cr1.987Ti0.013O3+ 的近红外反射率高达 91.25%, 比市售普通 Cr2O3铬绿颜料高 7.71 个百分点, 且未对颜色外观产生较大影响, 这对开发反射隔热涂料用功能颜料具有借鉴意义。目前研究的反射隔热涂料多以单一颜料组分居多5-7, 虽然隔热效果较好, 但存在涂层颜色单一, 无法进行调节等缺点, 并不适合大规模市场化应用。本文将红、黄、蓝这 3
10、 种颜料进行复配, 利用三原色理论配制出棕色颜料, 并与 2 种颜色相近的单一颜料以及它们的对应涂层进行对比, 旨在为开阔深色反射隔热外墙涂料的配色提供参考。1 实验1.1 原料苯丙乳液 601 (固含量 48%) , 德国巴斯夫;复合钛红 R3002 (平均粒径 2.5m) 、铁锌铬棕 B3301 (平均粒径 2.5m) 、钛铬黄 B2405 (平均粒径 2.5m) , 湖南巨发科技有限公司;铁棕 686 (平均粒径 5m) , 上海申虹颜料有限公司;钴蓝 B2805 (平均粒径 3.5m) , 德国拜耳公司;增稠剂 SN-162, 日本诺普科集团;消泡剂 L-1311, 美国亚什兰有限公司
11、;分散剂 BYK-163, 德国毕克化学品有限公司;成膜助剂 Texanol, 美国伊士曼有限公司;去离子水, 自制;铝板 (100 mm80 mm1 mm) 、石棉水泥板 (150 mm70 mm5 mm) , 市售。1.2 色浆的配制1.2.1 混色颜料色浆按 m (复合钛红) m (钴蓝) m (钛铬黄) =357 将 3 种颜料混合均匀, 再取 60 g 混色颜料与 60 g 去离子水混合, 加入约 1.2 g 分散剂砂磨 10 min, 然后过滤, 即得混色颜料色浆。1.2.2 单一颜料组分色浆分别称取 60 g 铁锌铬棕和铁棕与 60 g 去离子水混合均匀, 加入约 0.6 g 分
12、散剂砂磨 10 min 后过滤, 得到 2 种颜料色浆。1.3 反射隔热外墙涂料及其涂层的制备分别向含有 10 g 成膜助剂的 200 g 苯丙乳液中各加入 40 g 颜料色浆, 控制分散机的转速为 300 r/min, 混色颜料涂料分散 240 min, 单一颜料涂料分散 180 min, 加入约 3 g 消泡剂和 6 g 增稠剂, 过滤备用。分别在铝板和石棉水泥板表面刷涂反射隔热外墙涂料, 待其表干后再刷涂第二道, 然后在温度 (232) C 和相对湿度 50%5%的条件下养护 168 h, 控制干膜厚度约为 300m。1.4 涂层性能的表征采用澳大利亚安捷伦公司的 Cary-5000 型
13、紫外/可见/近红外分光光度计测量颜料及其所制涂层的太阳光 (3002 500 nm) 反射比 TSR 和近红外 (7802 500 nm) 反射比 NIR, 使用聚四氟乙烯用于基线校准。采用中科院北京物理研究所的 IR-2 型红外发射率测量仪测量涂层的半球发射率, 设定黑体温度为 225C, 待黑体温度稳定后插上 814m 波段的滤波片, 使用 3 块标准样板校准后再进行测量。采用上海汉谱光电科技有限公司的 HP-200 型精密色差仪测量涂层的色度坐标, 即 L* (明度) 、a* (红绿方向) 和 b* (黄蓝方向) , 光源选用 D65。参照 JG/T 2352014建筑反射隔热涂料测试涂
14、层人工气候老化后涂层的太阳光反射比变化率 TSR。分别按 GB/T 17201989漆膜附着力测定法、GB/T 67392006色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度、GB/T 17321993漆膜耐冲击测定法、GB/T 17311993漆膜柔韧性测定法和 GB/T 17331993漆膜耐水性测定法 (甲法) 测试涂层的附着力、铅笔硬度、冲击强度、柔韧性和耐水白性能。采用自制隔热性能测试装置8以 GE275R 型红外灯 (275 W) 进行照射实验, 用热电偶每隔 5 min 记录一次试板背面温度, 记录时间共 30 min。2 结果与讨论2.1 颜料的反射比可见光和近红外波段占到了整个太阳光波段的 9
15、5%, 因此颜料在此波段的反射比越高, 则涂层的反射性能越好。由图 1 可知, 因为不同颜色的颜料选择性反射不同波长的可见光, 所以它们在可见光波段的反射比差异较大。颜料之间的近红外反射比的差异也较大是颜料不同的晶体结构造成的。由表 1 可知, 所有颜料的太阳光反射比均略低于其近红外反射比, 原因是颜料具有一定的颜色, 需要吸收部分可见光。对于颜色相近的铁棕和铁锌铬棕而言, 前者的太阳光反射比较后者低 0.057 5, 这是由于后者是复合无机颜料, 其晶粒尺寸较大, 反射的近红外线更多。图 1 不同颜料的反射光谱 Figure 1 Reflection spectra of different
16、 pigments 下载原图表 1 不同颜料的太阳光反射比和近红外反射比 Table 1 Total solar reflectance and near infrared reflectance of different pigments 下载原表 2.2 涂层的性能2.2.1 色度坐标测试了反射隔热外墙涂层的色度坐标, 结果见表 2。所有涂层的明度均为 JG/T 2352014 中规定的低明度 (L*40) 。就 a*来看, 铁锌铬棕和混色涂层在红色方向上基本一致, 而铁棕涂层相比前两者更偏向红色;就 b*来看, 3 种涂层都略微偏向淡黄色, 差别不大。它们的外观如图 2 所示, 从左至右依次为混色涂层、铁锌铬棕涂层和铁棕涂层。图 2 不同颜料所制涂层的外观照片 Figure 2 Photo showing the appearance of the coatings
