高邮多彩化工有限公司LOGO

高邮多彩化工有限公司

进入中文版 ENGLISH
高邮多彩化工网站banner
联系我们

联系人: 王经理
手机: 13305257800
电话: 0514-84637292
E-mail: chemcompany@163.com
传真: 0514-84637264
地址: 江苏省高邮市工业集中区

产品分类

热反射涂料技术和性能研究

来源:http://www.sugcoe.com 发布时间:2012-9-24 7:47:28
 0·前言

    当前,国内屋面市场正在以每年10%的增长率高速持续成长,据预测,这一高增长率将延续至2020年左右。随着国家对建筑节能要求的提高(一线城市节能比率65%~70%,如上海、北京等;二线城市节能比率50%~65%),如何开发具有多项综合性能的屋面节能材料成为人们研究的热点。

    如果建筑屋面材料具有较高的阳光反射率(反射太阳光的能力)和较高的热量发射率(辐射散热的能力),就能够降低空调使用频率,增加室内舒适度,这对于降低建筑能耗、减轻城市热岛效应至关重要。

    屋面热反射涂料是基于屋面节能和防水功能而研制的,应用于平屋面或低坡屋面上的一种白色弹性无缝涂层体系,能牢固地附着于防水卷材上。热反射涂料能够保护屋面基材,并具有较高的阳光反射率和较好的防水渗透性能,且对不同的屋面基材均具有相应的附着力和解决方案。

    本文介绍了热反射涂料用于屋面节能的原理与技术途径,并选取几种丙烯酸类热反射涂料,对其阳光反射率、耐沾污、防水等性能进行评估与表征。

    1·城市热岛效应与热反射技术工作原理

    随着城市人口的增加和城市建设的高速发展,城市内的大量人工构筑物(如混凝土、柏油路面、各种建筑物)压缩了城市绿地、水体的面积,城市下垫面被显著改变。改变后的城市下垫面热容小,在受到相同阳光辐射的情况下,其温度上升的速度明显高于自然下垫面(如绿地、森林、水体等)的。此外,不断增加的人工热源持续向周边环境释放热量,越来越多的高层建筑又削弱了城市的通风功能。城市中的机动车、工业生产以及居民活动等产生的大量氮氧化物、二氧化碳排放物也会吸收城市下垫面的热辐射,产生局部温室效应,进一步推升城市大气的温度,加剧城市热岛效应。研究表明,大城市散发的热量可以达到所接收的太阳能的40%。

    要减轻城市热岛效应,就必须对城市下垫面的热力属性进行改变。除了增加绿化面积和增加水体面积、控制建筑物和城市人口密度、以及改变能源结构形式和能源消费形式等城市规划方面的途径外,也可以通过提高建筑物隔热材料性能、增加建筑物外表面的热反射率等技术途径,来减少人工热量的排放和减缓建筑物表面的升温速度。其中,增加建筑表面的热反射率,无论从经济性还是技术可行性的角度分析,都是最容易实现的。

    图1所示为不同颜色/材质的屋面材料太阳热辐射效果。可以看出,浅色材料/涂料具有较小的太阳热辐射吸收率,即浅色材料/涂料在受到等量太阳辐射时温度变化较小。相对的,深色材料/涂料具有较高的太阳热辐射吸收率,在受到等量太阳辐射时温度上升明显。

图1-太阳热辐射对不同材料作用的效果

图1-太阳热辐射对不同材料作用的效果

    以白色光学涂料为例,其对太阳热辐射吸收很小(远低于10%),引起的屋面温度变化也较小。因此,常见的屋面热反射涂料多数是白色或浅色体系,其热反射技术原理见图2。在等量太阳辐射能量情况下(假设大气温度为37℃),黑色屋面由于较低的阳光反射率和较高的太阳辐射吸收,屋面稳态温度可保持在80℃;而具有较高阳光反射率的白色屋面将大部分太阳辐射能量反射回太空,仅有少量太阳辐射能量被其吸收,屋面稳态温度保持在44℃左右。高温物体对周边环境辐射热量的能力要高于低温物体,而温度较高的屋面向周边环境和室内辐射热能的能力也要明显高于温度较低的屋面。屋面温度的差异决定了室内温度及舒适度的不同,对周边环境热岛效应的加剧程度也不同。白色屋面保证了相对低的室内温度,减少了能耗,提高了室内舒适度,缓解了局部微观环境的热岛效应。

图2-热反射涂料热反射的技术原理

图2-热反射涂料热反射的技术原理

    2·热反射技术途径及其特点

    在不改变屋面外观效果的情况下,提高屋面阳光辐射反射率可以通过多种途径实现。这些技术途径主要包括:使用浅色或白色涂料、热反射涂料、浅色或白色屋面卷材以及热反射屋面瓦等。浅色涂料特别是白色涂料在使用初期可以获得较高的热反射率,然而由于其耐沾污性差、力学性能低,在很短的使用时间内就会由于涂料表面附着灰尘等污染物导致反射率急剧下降。此外,普通浅色涂料对基层的附着力及耐水性等物理性能不能满足在屋面使用的要求;反射屋面瓦只能用于坡屋面,且受到自身材质的影响反射率通常不会很高;白色和浅色卷材具有很好的力学性能,其反射率要高于反射瓦屋面且具有一定的耐沾污性,但浅色和白色卷材施工工艺相对复杂,通常应用于新建建筑。而热反射涂料因具有热反射率高、耐沾污性能强、力学性能好、施工简单及对基层的适应性好等特点,相对于其他热反射技术更容易得到推广和应用
  3·热反射涂料性能评估

    目前,热反射涂料主要有聚乙烯醇树脂、醇酸树脂、聚脲及丙烯酸类乳液等溶剂型或水性涂料等体系,通过在涂料配方中加入二氧化钛、氧化铝、玻璃/陶瓷微珠等提高阳光反射率。其中,丙烯酸乳液类热反射涂料因具有优异的耐候性能、良好的附着力、水性、环保等特性,应用前景最为广阔。

    本文选取了几种丙烯酸类乳液基的热反射涂料,考察其在阳光反射率、耐沾污、吸水率及力学性能等方面的表现。丙烯酸类热反射涂料产品的乳液类型及应用信息,见表1。

表1 丙烯酸类热反射涂料产品信息

表1 丙烯酸类热反射涂料产品信息

    3.1 试样制备

    耐沾污性及阳光反射率漆膜样板制备:在石棉水泥基板上,分别使用120#及80#线棒进行两道涂覆刮膜。两道刮膜的间隔时间不少于6h。

    拉伸强度、断裂伸长率、不透水性漆膜样板制备:将涂料在容器中搅拌均匀,倒入涂膜模具中,采用不锈钢刮膜器将表面刮平,并在标准养护室中正反面各养护7d。漆膜表面应光滑平整,无气泡、裂纹等缺陷。拉伸强度、断裂伸长率试样最终干膜厚度为1.0±0.2mm;不透水性试样最终干膜厚度为1.5±0.2mm。

    3.2 性能测试

    性能测试主要基于ASTMD6083《屋顶用丙烯酸涂料的标准规范》与JC/T1040—2007《建筑外墙用热反射隔热涂料》标准要求。

    3.2.1 阳光反射率

    用UV-VIS-NIR分光光度计对养护好的漆膜进行300~2500nm波段范围内扫描,通过对各UV(紫外光)、VIS(可见光)及NIR(近红外光)波段进行积分得出阳光反射率。

    3.2.2 耐沾污测试

    耐沾污测试按照GB/T9755—2001《合成树脂乳液外墙涂料》标准中附录要求进行。将按标准统一配制的灰涂刷在试样板上,养护2h后,利用符合规定的自来水流进行冲刷,冲刷完毕后静置24h。重复上述步骤5次后,测定漆膜的反射率降低率,得出耐沾污性能指标。

    3.2.3 力学性能测试

    力学性能测试按GB/T528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》标准中I型试样要求进行。干膜厚度:1.0±0.2mm;25℃测试时拉伸速率为:200mm/min。

    3.2.4 不透水性

    将干膜厚度为1.5±0.2mm的漆膜放于不透水仪上,加压0.3MPa,时间为30min,观察漆膜是否存在渗水现象。

    3.2.5 吸水率测试

    将养护完毕的漆膜准确称量后,在去离子水中放置7d,取出漆膜拭去表层水分后称量其净重,计算得出漆膜的吸水率。

    4·结果与讨论

    4.1 阳光反射率

    通过UV-VIS-NIR分光光度计对选定的几种屋面涂料进行分析,得出其阳光反射率,结果见图3。选定涂料的阳光反射率均在65%~70%,这与美国能源之星(EnergyStar)的要求(>65%)一致。

    分别对图3中紫外(UV)、可见光(VIS)、近红外(NIR)3个区域内阳光反射率进行积分,得出相应的反射率数据,结果列于表2。对整个太阳光波段的反射率贡献最大的是可见光(约90%)与近红外区域(约70%),这与太阳光在不同波段内的能量分布相关。如图4所示,可见光与近红外在总能量中分别占据了44.7%和48.7%的比例,提高可见光或红外区域内的反射率,可相应地提高整体反射率。

图3 屋面涂料的全程阳光反射率

图3 屋面涂料的全程阳光反射率

表2 不同波段的阳光反射率

表2 不同波段的阳光反射率

图4 阳光能量分布示意图

图4 阳光能量分布示意图

    作为建筑涂料中关键的颜料组分,二氧化钛在可见光及近红外区域具有极高的反射率值,因此广泛应用于屋面涂料。但鉴于二氧化钛昂贵的价格,人们也进行了许多颜填料改进,如钛白粉替代等。推荐在优质弹性热反射涂料中适当添加二氧化钛颜料,并辅以其他低成本填料,做到涂料性能和成本的平衡。

    热反射涂料其他关键性能指标的损失,将会导致其在可见光和近红外区域的反射率持久性降低,因此,实际使用时必须保证其耐沾污性能、耐水及弹性等关键性能指标满足要求。

    4.2 耐沾污性能

    为了保证节能保温效果,弹性热反射涂料不仅需要具有较高的初始阳光反射率,更重要的能够长久保持其较高的阳光反射率或较小程度地降低初始反射率。良好的耐沾污性能,不仅能够保持较好的节能效果,而且能够保持涂料的外观特性,对于延缓涂料的老化、提高涂料耐候性,也具有重要的作用。

    按照GB/T9755—2001标准要求测试选定涂料的耐沾污性能,结果见图5。GB/T9755—2001要求外墙涂料阳光反射率降低率<30%,在此将此要求应用于屋面热反射涂料性能测试时,选定涂料均能满足要求。此外,涂料的耐沾污指数,跟乳液本身的特性如玻璃化温度(Tg)、形貌及分散粒径等也有一定联系。基于耐沾污性能对于弹性热反射涂料的重要性,一系列不同工艺与配方的优质乳液相继被开发出来,提高了涂膜的耐沾污性。这些涂料多数可针对客户不同需求,提供相应的技术解决方案,以解决配方、施工及应用过程中的各种问题。

图5 屋面涂料的耐沾污性能

图5 屋面涂料的耐沾污性能

    4.3 力学性能

    优异的拉伸强度及断裂伸长率是衡量弹性热反射涂料外层防护功能的重要指标。当前国内屋面基材市场的调查显示,大部分民用或公用建筑的屋面基材仍为混凝土砂浆或沥青。长时间的曝晒或老化所引起的裂缝、鼓泡等缺陷,严重影响了屋面的防水保温性能。热反射涂料较高的弹性(断裂伸长率),能够有效弥补裂缝带来的不利影响;同时,弹性热反射涂料较高的拉伸强度能够保证较好的抗外力负荷和屋面外层防护的耐候性。几种热反射涂料常温下拉伸强度和断裂伸长率的测试结果,见图6。ASTMD6083与JC/T1040—2007对涂料性能指标的规定,要求拉伸强度>1.0MPa,断裂伸长率>200%(尚无相关国标)。涂料A、B、C、E均能够超过相应标准的要求,其中,A、B、C针对不同坡度的屋面具有平衡的拉伸强度与断裂伸长率的性能;E具有合理的拉伸强度数值及超高的断裂伸长率。涂料D不能满足标准要求。

图6 弹性屋面涂料的拉伸强度及断裂伸长率

图6 弹性屋面涂料的拉伸强度及断裂伸长率

    选定涂料经80℃高温处理及浸水处理后分别测定其断裂伸长率,进一步考察其耐候性(图7)。测试结果表明,涂料B、C在高温处理和浸水处理后,仍具有较好的弹性保留率,尤其是涂料C,处理后其断裂伸长率仍保持在260%左右。而涂料E经过高温处理后,断裂伸长率从900%急剧下降至200%左右,据此推测其配方中可能加入了增塑剂,80℃高温处理导致增塑剂挥发,使其断裂伸长率急剧降低。

图7 不同处理条件下涂料的断裂伸长率

图7 不同处理条件下涂料的断裂伸长率

    4.4 防水性能

    几种屋面热反射涂料防水性能测试结果,见表3。涂料A、B、C、E均能够通过压力0.3MPa下长达30min的水压测试(漆膜完整,无开裂、无渗水现象)。在经过1周的浸水实验后,4种涂料的吸水率分别为19%、18%、16%和37%。样品E吸水率高达37%,远远超过了国标中吸水率<20%的规定,这可能也是由于其配方中含有增塑剂所导致的。

    5·结语

    通过对几种具有代表性的热反射涂料的性能研究,发现基于丙烯酸热反射技术的涂料产品具有优异的力学性能、较高的阳光反射率及耐沾污性能,且防水性能良好,能通过美国材料与试验协会(ASTM)或中国建材行业标准要求。丙烯酸类热反射涂料在屋面节能领域,具有较为广阔的应用前景。

111彩票

免责声明: 本站资料及图片来源互联网文章,本网不承担任何由内容信息所引起的争议和法律责任。所有作品版权归原创作者所有,与本站立场无关,如用户分享不慎侵犯了您的权益,请联系我们告知,我们将做删除处理!