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隔热节能型氟碳涂料的制备,分别研究了硅藻土、空心玻璃微珠、纳米氧化锡锑( ATO) 粉3 种不同隔热机理的功能填料对聚偏氟乙烯涂料( PVDF光油) 隔热效果的影响
2020年02月22日    阅读量:1914     新闻来源:中国化工网 okmart.com    |  投稿

我国99%的建筑属于高能耗建筑,相近气候条件下,建筑物的单位面积能耗是发达国家的2 ~ 3倍,开发建筑节能新技术的需求迫切。用隔热保温涂料对建筑物表面进行涂装是目前各国重点推广的建筑节能方法,但现阶段我国隔热涂料的隔热机理比较单一,难以实现涂料良好隔热性能与优异综合性能间的平衡,严重制约隔热涂料的应用和发展。


笔者以聚偏氟乙烯涂料( PVDF 光油) 为基体,将阻隔型、反射型及辐射型隔热功能填料进行复配,研究隔热涂层体系对可见光与近红外光谱的阻隔、辐射和反射等多重隔热模式与协同隔热机理,利用阻隔、辐射和反射型隔热填料的协同隔热效应,制备具有全面协同的光谱特征并阻止热传递功能和主动向外释放能量的隔热保温氟碳涂料中国化工网okmart.com


1 实验部分

1. 1 主要试剂

涂料: 聚偏氟乙烯涂料( PVDF 光油) ,佛山市皇冠化工有限公司生产; 溶剂: 异佛尔酮、二甲苯; 隔热功能填料: 纳米氧化锡锑( ATO) 粉、5020FPS 空心玻璃微珠、硅藻土,均为市售。

1. 2 主要仪器

精密增力电动搅拌器; 高速搅拌分散机; 电热鼓风干燥箱101-1A; 嵌入式碘钨灯灯具; 涂布器; 热电偶; 碘钨灯等。

1. 3 涂料制备

氟碳隔热涂料基本配方如表1 所示。

隔热节能型氟碳涂料的制备,分别研究了硅藻土、空心玻璃微珠、纳米氧化锡锑( ATO) 粉3 种不同隔热机理的功能填料对聚偏氟乙烯涂料( PVDF光油) 隔热效果的影响 中国化工网,okmart.com

氟碳隔热涂料基础配方

1. 3. 1 氟碳隔热涂料的制备

( 1) 将助剂加入溶剂中,放至低速搅拌机上充分搅拌,隔热功能填料按密度先小后大的顺序缓慢加入( 转速约为3 000 r /min) ,低速搅拌均匀后再高速搅拌,高速分散( 转速为3 000 ~ 4 000 r /min) 约30 min,即可得颜填料色浆。

( 2) 将( 1) 中得到的颜填料色浆按配方比例加入PVDF 光油中,高速剪切搅拌约30 min,使其充分分散,调节黏度和pH 出料,即得相应的隔热节能氟碳涂料浆料。


1. 4 涂料隔热性能的测试

1. 4. 1 隔热温差测试

试验装置: 用30 mm 厚的聚苯乙烯泡沫板制成内腔尺寸为300 mm × 300 mm × 300 mm 的箱子,在箱子的上表面裁出一个150 mm × 30 mm 的长方形孔洞,如图1 所示。

隔热节能型氟碳涂料的制备,分别研究了硅藻土、空心玻璃微珠、纳米氧化锡锑( ATO) 粉3 种不同隔热机理的功能填料对聚偏氟乙烯涂料( PVDF光油) 隔热效果的影响 中国化工网,okmart.com

自制隔热效果测定装置

试样制备: 隔热性能测试用的底板均为透明玻璃板,规格为100 mm × 200 mm × 3 mm,涂膜前使用稀盐酸对玻璃片表面进行预处理,清除杂质。将涂料用30 μm 线棒涂布器均匀涂覆于玻璃片上,室温下放至表干,然后置于电热鼓风恒温干燥箱,从180℃逐渐升温至235℃,固化30 min 成玻璃涂膜。

试验环境: 室内测试,试板和箱子先于环境温度中放置2 h 以上,使测试装置的温度与环境温度平衡,测量时需紧闭门窗,使环境风速为0,尽量减小试验误差。

测试步骤: ①分别将空白样和隔热涂料样的玻璃板放在2 个隔热测定装置的长方形空洞上,各用500 W 的碘钨灯挂在2 个装置正上方30 cm 处;②同时开启2 盏碘钨灯,每隔10 min 记录2 个样板

在同一时间点下保温箱内的温度; ③至温度变化不超过1℃( 视为平衡温度) 时,两保温箱内的温度相减即得隔热涂料的隔热温差。


1. 4. 2 太阳光照射下的隔热效果测试

为模拟太阳光照射下的自然环境中氟碳涂料的隔热效果,笔者制作了2 个空腔尺寸为300 mm ×300 mm × 300 mm 的隔热箱,隔热箱的5 个面用XPS板构成,上盖300 mm × 300 mm × 3 mm 的玻璃片,试验装置示意图见图2。


参照1. 4. 1 中方法制备试样,将2 个隔热箱放在同一地点和同一高度,每隔30min 记录1 次箱内温度。测试日期为: 2013-05-02,天气为多云转晴有微风,测试时间为: 09: 00 ~ 18: 00。

模拟太阳光照射下的隔热效果测试装置

隔热节能型氟碳涂料的制备,分别研究了硅藻土、空心玻璃微珠、纳米氧化锡锑( ATO) 粉3 种不同隔热机理的功能填料对聚偏氟乙烯涂料( PVDF光油) 隔热效果的影响 中国化工网,okmart.com

2 结果与讨论

2. 1 隔热功能填料的选择

建筑物的传热大多是导热、对流、辐射3 种方式综合作用的结果,单独采用一种隔热机理的功能填料无法达到全面隔热保温的目的,最佳的隔热涂料在阳光照射下应具有全面协同的光谱特征和阻止热传递功能并主动向外释放能量降温。


笔者主要选用硅藻土作为阻隔型隔热功能填料; 具有中空结构、质轻、热导率低的半透明空心玻璃微珠作为反射型隔热涂料的隔热功能填料; 淡蓝色、折光指数相对较高且对红外有较强的辐射率的纳米ATO 粉为辐射型功能填料。将3 种不同隔热机理的功能填料在涂料体系中进行复配,制备具有全面隔热保温性能的氟碳涂料。


2. 2 单一隔热机理( 阻隔型/反射型/辐射型) 功能填料对氟碳涂料隔热性能的影响

氟碳隔热涂料的隔热温差与相应功能填料用量的关系如图3 所示。

氟碳隔热涂料的隔热温差与功能填料用量的关系

隔热节能型氟碳涂料的制备,分别研究了硅藻土、空心玻璃微珠、纳米氧化锡锑( ATO) 粉3 种不同隔热机理的功能填料对聚偏氟乙烯涂料( PVDF光油) 隔热效果的影响 中国化工网,okmart.com

由图3 可知,阻隔型、反射型及辐射型3 种隔热涂料都具有一定的隔热效果: ①硅藻土/空心玻璃微珠用量越多,阻隔型/反射型隔热涂料涂膜的隔热温差越大,但隔热填料的增加导致涂料黏度明显上升,分散困难,涂层干燥后表面不平整,影响涂料流平性,因此,在不影响涂膜性能的前提下,硅藻土用量达到6 g 时,对涂层隔热性能的改善效果最好,隔热温差为10. 9℃; 当空心玻璃微珠的用量为3. 5 g 时,隔热温差可达12. 1℃; ②随着辐射型隔热功能填料纳米ATO 粉用量的增加,涂膜的隔热温差增大,但当用量增至1. 8 g 时,涂膜的隔热温差反而下降,这是因为纳米ATO 粉为淡蓝色,当用量增至1. 8 g 时,涂膜颜色加深,吸收的光线增多,反射的光线减少,从而使涂膜的温度上升,因此,当纳米ATO 的用量为1. 8 g 时,辐射型隔热涂料的隔热温差可达12. 9℃。


2. 3 复合型氟碳隔热涂料的研制及配方优化

隔热温差测试结果表明: 硅藻土、空心玻璃微珠、纳米ATO 粉3 种功能隔热填料均可起到隔热保温的作用,笔者拟复合这3 种隔热功能填料,利用阻隔、辐射、反射型隔热填料的协同隔热效应,实现氟碳涂料全面的隔热保温功能。


以3 种隔热功能填料的用量和隔热温差的定量关系为基础,选用L9( 33 )正交表进行正交试验,探索最佳的复合型涂料的最佳配方。3 种隔热功能填料的因素水平表如表2 所示,复合型氟碳隔热保温涂料的正交实验配方及相应试样的隔热温差测试结果如表3 所示。

复合型氟碳隔热涂料的正交试验配方及隔热温差

隔热节能型氟碳涂料的制备,分别研究了硅藻土、空心玻璃微珠、纳米氧化锡锑( ATO) 粉3 种不同隔热机理的功能填料对聚偏氟乙烯涂料( PVDF光油) 隔热效果的影响 中国化工网,okmart.com

通过对正交实验中3 种因素对隔热效果的影响进行极差分析可知,3 种隔热功能填料对涂层隔热性能的影响显著性为: A > C > B,根据隔热温差越大隔热效果越好的原则,得出隔热功能填料的最优水平搭配为纳米A2B3C3,复合型涂料的最佳配方见表4。

复合型氟碳隔热涂料的最佳配方

隔热节能型氟碳涂料的制备,分别研究了硅藻土、空心玻璃微珠、纳米氧化锡锑( ATO) 粉3 种不同隔热机理的功能填料对聚偏氟乙烯涂料( PVDF光油) 隔热效果的影响 中国化工网,okmart.com

2. 4 复合型氟碳隔热涂料隔热效果测试

根据1. 4 中所述的测试方法对复合型隔热涂料的隔热效果进行测试,结果如表5 和图4 所示。由表5 可以看出,最佳配方的复合型氟碳涂料的隔热温差可达16. 9℃,复合型隔热涂料隔热效果优于单一隔热机理( 阻隔型、反射型、辐射型) 隔热涂料。在太阳光照射下的自然环境中,最佳复合型涂层与空白样的最大温差可达到19. 5℃,整个模拟测试过程平均温差为12. 1℃,表明最佳复合型隔热涂料在自然条件下也具有良好的隔热效果,如图4 所示。

模拟太阳光照射下涂层的隔热效果

不同隔热机理的氟碳隔热涂料最大隔热温差

隔热节能型氟碳涂料的制备,分别研究了硅藻土、空心玻璃微珠、纳米氧化锡锑( ATO) 粉3 种不同隔热机理的功能填料对聚偏氟乙烯涂料( PVDF光油) 隔热效果的影响 中国化工网,okmart.com

3 结语

( 1) 硅藻土、空心玻璃微珠、纳米ATO 粉3 种功能隔热填料均可起到隔热保温的作用,隔热效果与功能隔热填料的种类和用量有关。

( 2) 在复合型氟碳隔热保温涂料的最佳配方中,3种隔热功能填料的质量比为: 硅藻土( 阻隔型) ∶ 空心玻璃微珠( 反射型) ∶ 纳米ATO 粉( 辐射型) = 6∶ 3. 5∶ 1. 6。

( 3) 测试结果表明: 最佳复合型氟碳隔热保温涂料的隔热温差可达16. 9℃,隔热效果优于单一隔热机理隔热涂料; 在模拟太阳光照射的自然环境中,其最大隔热温差可达19. 5℃,平均温差为12. 1℃。


叶秀芳,陈东初,梁棋华,李凤仪,梁世朋

( 佛山科学技术学院,广东佛山528000)


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