王战胜 何俊辉 李建峰 邱星武四川建筑职业技术学院多组元合金德阳市重点实验室摘 要：选用不同类型颜填料制备隔热涂料，以纯丙乳液为成膜物质，研究不同颜填料对隔热涂料反射率的影响，不同添加量金红石型钛白粉对反射影响，以及不同添加量中空玻璃微珠对反射率和导热系数的影响。
实验结果表明：反射率与颜料的折光指数有关，颜料折光指数越高，隔热涂料的反射性能越好；金红石型钛白粉最佳添加量为30%，中空玻璃微珠最佳添加量为40%；远红外陶瓷粉具有较好的红外发射率；金红石型钛白粉可以作为反射型隔热涂料原料，中空玻璃微珠可以作为阻隔型隔热涂料原料，远红外陶瓷粉可以作为辐射型原料用于隔热涂料的制备。
关键词：隔热涂料;金红石型钛白粉;中空玻璃微珠;反射率;导热系数;作者简介：王战胜（1991—）,男,硕士,助教,从事复合材料方面的研究工作。
;基金：四川省自然科学基金“石墨烯强化多组元高熵合金及其性能调控”（2023NSFSC0406）;四川建筑职业技术学院科研项目“自清洁隔热涂料制备及性能研究”（2022KJ15）;0 引言建筑物在使用期间，空调等制冷设备对能量的消耗超过了全国总耗能的20%[1]。
各国政府把建筑行业的节能减排作为建设绿色可持续发展节约型社会的重要议题。
实现建筑节能的方式可以通过室内保温和室外隔热两方面来解决。
美国一家公司对保温涂料进行了节能预算，研究发现，太阳能热反射隔热涂料可节约10%～20%的空调费[2]。
节能、便捷的特点决定了它在建筑、石油化工、船舶制造业等方面的应用潜力和广泛市场。
国家住建部全面推行了建筑认证体系，住建部将广州列为节能试点城市[3,4]。
这些都为建筑隔热保温涂料的发展创造了有利条件。
根据隔热机理的差异，现有隔热涂料大体分为阻隔、反射、辐射型三种。
最为理想的隔热涂料是将三种隔热机理协同作用，使其成为一个多种隔热机制复合作用的体系，获得良好的隔热效果[5,6]。
但是如何高效地选择颜填料制备复合型隔热涂料的文献较少，该实验研究了不同类型颜填料对涂料隔热性能的影响，以反射率、导热系数等指标确定各种隔热机理的颜填料在纯丙乳液的最佳添加量，为制备复合型隔热涂料提供了依据。
1 实验部分1.1 材料与仪器如表1～2。
1.2 隔热涂料测试和表征该实验以反射率测试反射型颜料的隔热效果，以导热系数衡量阻隔型隔热涂料的隔热效果，其中采用分光光度计测试涂料的反射率。
太阳光反射比计算公式如下式。
表1 实验原料 下载原图表2 实验仪器 下载原图式中，ρs——试样太阳光反射比；ρλi——波长为λi时样品在此波长的光谱反射比；Δλi=1/2（λi+1-λi-1）的波长间隔（nm);Es(λi)——λi波长的太阳光辐射照度的光谱密集度(W/m2·nm)。
2 结论与分析2.1 不同折光指数对涂料反射率影响颜料折光指数越高，反射性能越好。
实验选取了四种不同折光指数的原料，折光指数如表3所示。
表3 颜填料的折光指数 下载原图取一定量的纯丙乳液、蒸馏水、各种助剂，分别加入15 g不同的颜料制成反射隔热涂料，用SZQ涂布器将涂料涂覆到铝片上制得样品，测定反射率，结果如图1所示。
图1 不同折光指数的原料制备涂料对应反射率 下载原图从实验测得反射率可以看出，相同实验条件下，颜填料折光指数越高，样品在可见光的反射能力越强。
散射率能够较好地表示可见光范围内太阳光的反射能力，散射率m定义为：式中，np——颜填料折光指数；nR——基料折光指数。
金红石型钛白粉折光指数为2.8，在常见颜填料中比较高，因此在可见光范围内具有很好的反射能力。
从实验结果可以看出，金红石型钛白粉不仅在可见光，在近红外波段同样表现出很好的反射能力。
因此，金红石型钛白粉可以用作高反射率的颜填料。
2.2 不同添加量金红石型钛白粉反射光谱分析保持涂料其他成分不变，钛白粉的添加量分别为10%、20%、30%、40%，制备涂料的反射光谱如图2所示。
如图2所示，随着钛白粉的增加，涂料的反射率不断升高，这是由于随着分散在乳液中钛白粉添加量的增加，钛白粉在乳液中分布越密集，照射的太阳光通过钛白粉反射回空气中的越来越多，因此反射率越来越高。
当添加量达到30%时，钛白粉在乳液中足够密集，再增加钛白粉的添加量时反射率基本保持不变。
因此，钛白粉的较佳添加量为30%。
经过反射率的计算，添加量为30%时，钛白粉在波长范围为300～2 500 nm的反射率为0.76，近红外波段反射率为0.81。
图2 不同添加量的金红石型钛白粉反射光谱 下载原图2.3 阻隔型隔热涂料中空玻璃微珠对隔热性能影响阻隔型材料导热系数越小，隔热降温效果越好。
中空玻璃微珠是现有隔热涂料中较常加入的一种填料，主要成分为硼酸盐，在隔热涂料中主要起反射和阻隔的双重作用。
中空玻璃微珠不但能够反射太阳光，将它加入到涂料中时，能够在涂料中形成一种薄壁微珠构成的空心腔体，能够很好地阻止热量的扩散。
2.3.1 中空玻璃微珠的反射光谱分析涂料中其他成分不变，改变微珠的添加量，分别为20%、30%、40%、50%，制得涂料的反射光谱如图3所示。
图3 不同添加量中空玻璃微珠反射光谱 下载原图如图3反射光谱所示，反射率随着添加量的增加不断地升高，当添加量达到40%之后，反射率增幅不明显。
在添加量为40%时，波长范围在300～2 500 nm的反射率为0.66，近红外波段反射率为0.68。
2.3.2 中空玻璃微珠的导热系数采用TC3000导热系数仪测试添加中空玻璃微珠制备所得阻隔型涂料的导热系数，不同添加量中空微珠制备的阻隔型涂料的导热系数如图4所示。
图4 中空玻璃微珠添加量对涂料导热系数的影响 下载原图从图4 中可以看出，随着添加量的不断增加，涂料导热系数降低，但是微珠的体积较大，添加量也有一定的限度，添加过多不易成膜，影响涂膜的整体性能。
因此，综合考虑反射率和导热系数，较佳添加量为40%。
2.4 辐射型填料远红外陶瓷粉涂料还可以添加辐射型填料，进一步增强隔热效果。
在8～13.5 um波长范围内，空气中的悬浮颗粒等对热辐射的吸收和反射很弱，此时物体如果具有较好的辐射能力，可以将大气中的热量辐射到大气层中，从而达到较好的隔热效果。
实验选用红外发射率如图5所示。
从图5可以看出，远红外陶瓷粉具有较高的红外发射率，辐射型远红外陶瓷粉的加入可以将吸收的太阳光以热辐射的形式辐射到大气中，在反射和阻隔的基础上进一步增强隔热。
3 结论(1）颜填料的折光指数越高，制备的隔热涂料的反射能力越强，在常见的颜填料中金红石型钛白粉具有较高的折光指数，在制备复合隔热涂料中可以考虑选用金红石型钛白粉作为反射型隔热涂料。
图5 陶瓷粉的红外发射率 下载原图(2）保持涂料中其他组分不变的情况下，随着钛白粉添加量的增加，涂料的反射率越高，当添加量为30%时，随着钛白粉的增加，涂料的反射率不再发生明显变化，金红石型钛白粉最佳添加量为30%(3）中空玻璃微珠具有较好的阻隔隔热性能，制备复合型隔热涂料可以考虑选用中空玻璃微珠作为阻隔型填料。
随着中空玻璃微珠添加量的增加，制备的隔热涂料的反射率增加，当添加量为40%，随着中空玻璃微珠添加，其反射率变化不再明显，而其导热性能随着中空玻璃微珠的添加一直降低，综合考虑涂料的整体性能，中空玻璃微珠的最佳添加量为40%。
(4）远红外陶瓷粉具有较高的红外辐射率，制备复合型隔热涂料时可以考虑加入适量的远红外陶瓷粉作为辐射型填料。
参考文献[1] 薛允连.建筑屋顶保温隔热节能技术措施[J].建筑技术开发, 1999(9):40-42.[2] 周国祥.新时期建筑涂料的开发[J].上海涂料,2005(10):1-3.[3] 余丽蓉,陆春华,赵石林,等.弹性薄层反辐射隔热涂料的研究[J].材料科学与工程学报, 2007(2):265-268.[4] 徐峰.反射型建筑保温隔热涂料的应用与发展[J].现代涂料与涂装, 2007(1):20-24.[5] 勒涛,刘立强.外墙用隔热涂料的应用现状与发展[J].新型建筑材料, 2008(6):87-89.[6] 谢厚礼,彭家惠,黎燕利.复合外墙隔热涂料的制备和隔热性能研究[J].涂料工业, 2011(3):53-57.声明：我们尊重原创，也注重分享。
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