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反射隔熱多彩涂料的制備及性能探討(下),以現有純色反射隔熱涂層的制備工藝為基礎,對水性多彩涂料進行改進
2019年11月22日    閱讀量:427    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿

如圖3 及表4 所示,樣品10 和11 按SM3 -0407 色板調色其全譜反射效果優于其余的黑色樣品,體現了色相對涂層反射隔熱性能的決定性作用; 對樣品10 和11而言,改性鈦白對普通色漆的影響則體現于其在近紅外區域的反射效率: 使用改性二氧化鈦的涂層在可見光區域的譜圖與反射強度與使用普通二氧化鈦的參比樣基本相同,但在近紅外區能高出參比樣5% ~10%,并按其權重為TSR 帶來2% ~ 5%的提升。


黑色樣品組均按色板SM3 - 1497 調色,由圖3及表4 可見,在使用炭黑做為著色顏料的情況下,改性二氧化鈦對涂層反射性能的提升是非常可觀的( 對比樣品13 與14) ,然而使用“炭黑+ 改性鈦白”體系( 樣品13) 的反射性能仍不及“鐵鉻黑+ 普通鈦白”體系( 樣品12) 。

為進一步研究反射隔熱多彩涂料的反射隔熱性能,本研究分別選取了色調與樣式基本相同的2 組國內普通多彩涂料產品樣板( Ref 1 與Ref 2) ,并參照其色調、樣式在相同材質的白卡紙噴涂自制的反射隔熱涂料8'( 構成列于表3,樣品8 與樣品8'的區別在于,樣品8 的基材為硅酸鈣板,而樣品8' 的基材為白卡紙) ,養護后對三者進行全譜反射率測試,如圖4所示涂料在線coatingol.com

反射隔熱多彩涂料與普通多彩涂料反射譜圖對比

反射隔熱多彩涂料的制備及性能探討(下),以現有純色反射隔熱涂層的制備工藝為基礎,對水性多彩涂料進行改進 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

進行測試的3 個樣品色調相同,均以灰色為底,噴涂以黑、白色點,點徑與分布密度大致相當。由圖4 可見,普通多彩涂料樣品Ref 1 與Ref 2 的可見光-近紅外反射譜圖相似,均表現出對全譜的無選擇性吸收,致使涂層的太陽光與近紅外反射率都在40% 以下,而自制樣品的TSR 可達到59. 3%,究其原因在于黑色顏料的不同: 普通多彩顏料一般使用炭黑作為著色顏料,其對全譜的強吸收( 在白色襯底下反射率僅為5% ~ 6%,而鉻鐵黑可高達48% 嚴重降低了涂層的反射性能。而鐵鉻黑在近紅外的選擇性反射則是提升涂層反射率的主要原因。

2. 4 多彩色點對涂層體系反射性能的影響

為討論相同底色下不同色點對涂裝體系的影響,分別制備了白色及淡灰色[按m( 鐵鉻黑) ∶ m( 鈦白)= 1∶ 32 調色]底漆,并分別以其為基礎,噴涂不同的多彩色點制備多彩涂層,測得其反射性能如圖5、圖6及表5 所示。由圖5、6 及表5 數據可見,無論是對于高明度還是中低明度的涂層體系,多彩點層對涂層體系的反射性亦有不可忽略的影響。

色點組合對白色底漆反射隔熱涂層反射率的影響

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色點組合對灰色底漆反射隔熱涂層反射率的影響

色點組合對涂層反射性能的影響

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從圖5 可以看出,對于高明度的白色底漆,色點的涂覆均使涂層的可見光/近紅外反射率下降,使用以暖色調、高明度為主的色點噴點制備的樣品15,其反射比下降率小于使用深色點噴涂所制備的樣品16。


這是由于鈦白的高散射力和折光指數使涂層在可見光,近紅外區域具有最高的折光指數,任何色點的加入均會使涂層的整體反射率下降,而在使用低明度、強吸收的顏料制備色點時,反射性能的下降尤為明顯: 使用“鈦錳棕- 鉬鉻紅- 鐵鉻棕”體系制備的涂層( 樣品16) ,在400 ~ 700 nm 的可見光區域( 占全譜能量的43%) ,其反射率較僅噴涂白色底漆的參比樣P - w,降低了30%,為近紅外- 可見光區域反射率下降的主要因素; 而近紅外譜域的反射率也有18. 12%的降低。


相對地,低明度的灰底多彩涂層,鈦白色點的加入可使可見光乃至近紅外區域的反射率得到一定的提高( 對比圖6 樣品P - g 與17) ; 在此基礎上增加反射程度更低的色點,在一定范圍內亦可保持一定的反射性能( 對比圖6 樣品P - g 與8) 。由此可見,在對反射隔熱多彩涂層的反射性能進行優化時,其顏料的選用與色彩調配也是非常重要的。



2. 5 罩面體系對多彩涂層的保護

外墻的耐沾污及耐水性一直是影響外立面裝飾效果的關鍵因素,同時也是影響外墻裝飾效果耐久性的決定因素。本研究分別使用純丙乳液+ 硅助劑、硅丙乳液,硅丙乳液—硅樹脂乳液混合物作為涂層體系的保護層制備樣板,并測試了這些樣板的太陽光反射比( TSR) 及耐沾污后太陽光反射比下降率( △TSR) ,以考察其對涂層的保護效果,并與空白試樣進行對比,結果如表6 所示。

保護涂層對涂裝體系性能的影響

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注: * —基礎涂層體系選用表2 中樣品6 進行制備,使用Wacker 化學的1306 憎水硅助劑。


由表6 數據可見,對多彩涂層體系使用不同的聚合物乳液進行罩面,涂層體系的反射性能( TSR) 并無明顯的影響,但是會明顯影響涂層的沾污后太陽光反射比下降率( △TSR) : 使用硅樹脂部分代替有機硅改性丙烯酸酯聚合物作為成膜物質時,涂層的全譜反射率及近紅外反射比( NIR) 可得到輕微改善,但罩面與否不是涂層反射性能優劣的直接原因,其對涂層耐沾污性能的提升而使反射性能得以維持,才是采用罩面工藝的主要因素: 硅樹脂———硅丙聚合物復合保護層的使用,使樣品在耐沾污試驗中獲得最為潔凈的表面,故其太陽光反射比的變化率是最小的; 然而當涂層體系被施以質感底層時,則可觀察到反射率嚴重下降,源于粉煤灰在質感層凹陷孔洞中的積累在沖洗過程中無法去除,這與表2 得到的結論一致。


此外,漆膜的耐水性直接影響到整個涂裝體系的使用壽命。較于真石漆體系,本研究制備的多彩涂層的耐水白有明顯的改善,可解釋為無機顏料中含有的高價金屬離子與聚合物鏈段中的羧基等負離子基團產生離子絡合,從而提高了聚合物與顏填料間的結合強度,而真石漆主要成分為乳液和彩砂,缺乏此類鍵合方式,結合強度低于多彩涂層。


此外,多彩保護膠體及基礎漆絮凝體系多由親水性的硅酸鎂鋰、鋰皂石、鈉基膨潤土、偏磷酸鈉、纖維素等親水性物質構成,其在多彩點層中的大量使用致使多彩點層耐水性降低,而罩面漆的使用可對多彩點層進行封閉,這才是罩面提高漆膜耐水性的根本原因。


使用純丙乳液的涂層體系,即使添加了有機硅憎水助劑,長期浸泡后還是存在后輕微發白的現象,而使用硅丙聚合物膠乳罩面保護的涂裝體系,耐水白則有了明顯的改善,此基礎上添加硅樹脂水分散體,可進一步提升涂層的耐水性能,保證涂層在長時間的浸水狀態下未有水分滲入,對涂層色點、底漆、膩子層起到有效的保護。


2. 6 反射隔熱多彩涂料實際運用測試

為測試反射隔熱多彩涂料與市售普通多彩涂料的反射性能差距,本研究分別調制了底色、色點、密度均一致的2 組樣品。兩組對比樣,底色按SM1 - 1472及SM1 - 0223 分別進行調色; 普通組使用鐵黃、鐵紅、碳黑做為著色顏料,反射組使用鈦鉻棕、鉬鉻紅、鈦錳棕、鐵鉻黑做為著色顏料; 色點的調制,兩組分別使用上述顏料,顏色與比例按黑( SM3 - 1497) 60%、棕( SM3 - 0797) 20%、白20%調制,熟化30 min,使用6 cm 的分散盤以500 r /min 的轉速切割2 min 造粒后制漆。2 組對比樣所使用的多彩配方,除顏料使用不同外,其余均一致,如表1 所示,并按噴涂壓力0. 7MPa,色點用量為0. 25 kg /m2,控制色點點徑、密度一致制備樣板。兩組樣品按1. 3. 4 測試方法對反射隔熱多彩涂料性能進行評估,測試時間- 溫度曲線如圖7 所示。

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普通多彩涂料與反射隔熱多彩涂料隔熱溫差對比

如圖7 所示,使用反射隔熱材料對涂層所帶來的反射性能的影響是十分可觀的: 對比相同底色、樣式的多彩樣板,使用反射隔熱涂料的樣板升溫速率要明顯低于普通樣板,這使得兩者的溫差隨照射時間逐漸拉大: 對比同組灰底色涂層,20 min 內可獲得10. 6 ℃的溫差,即使是高明度的同組黃底色涂層,亦有6. 7 ℃的良好表現。使用反射隔熱材料的灰底涂層,表觀上無論明度及色相都不及普通的黃底色多彩涂料,性能上甚至略優于對方,表現了反射隔熱多彩涂料較于普通多彩涂料優異的隔熱抑溫性能。


3 結語

對水性多彩涂料進行了改性并賦予其反射隔熱效果,實驗結果表明,基材的材質、表面粗糙程度和色相直接影響被涂覆基材的反射性能: 光滑而具有高反射性能的基材、涂布以白色底漆能獲得最好的反射效果; 同理,具有高反射性能的顏料制備的色點,相對于使用不具備反射能力的顏料,對涂層體系的整體反射效果亦能得到明顯改善,反之,反射率較低的顏料分布于底涂或色點都會影響涂層的反射性能; 對多彩涂層施以有機硅改性丙烯酸酯膠乳罩面,在添加有機硅樹脂的情況下,能夠顯著提高涂層的耐沾污性能,從而維持沾污后的太陽光反射比變化率不至于下降,但具有凹凸粗糙質感層的涂層,相對平涂涂層其耐沾污性能受到嚴重影響,罩面與否在沾污試驗后均會使涂層的反射性能得到較大程度的降低,故應選擇平涂體系為宜。


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