颜填料对隔热涂料反射性能影响的研究2周转车

颜填料对隔热涂料反射性能影响的研究

摘要：用空心玻璃珠和二氧化钛等颜填料改性硅酸铝隔热涂料，讨论了颜填料的用量、颜填料的性能如遮盖力、颜色、晶型对隔热涂料反射率的影响，确定了最佳颜填料配比，分析了影响隔热涂料热反射率的因素。

关键词：隔热涂料；颜填料；反射率

0.引言

反射隔热涂料具有隔热效果好、涂层质量轻、耐久性好等优点[1-3]。颜填料占涂料总成分的20%～50%，是涂料的重要成分，对涂料的反射性能起着决定性作用中国机械网okmao.com。颜填料可以充填隔热骨料之间的孔隙，使涂膜致密，提高附着力，还可起骨架、增稠、减少收缩、改善施工性及表面状态等作用。本实验为了提高涂料的隔热效果，用高反射率空心玻璃珠和二氧化钛等对硅酸铝隔热涂料进行改性，并研究了多种颜填料的性能对隔热涂料反射率的关系[4]。

1.实验部分

1.1实验材料

丙烯酸乳液：自制；苯丙乳液、SD-900改性纯丙乳液：南通生达化工公司；空心玻璃珠(5000目活化)：四川天行健微珠纳米材料有限公司；二氧化钛：天津市河北区海晶精细化工厂；海泡石：西安兴隆石棉制品厂；硅酸铝纤维：西安振华隔热材料厂；膨润土：北京金源恒泰精细化工有限公司；成膜助剂；分散剂(5040)；润湿剂(EC-4500)；消泡剂(KX2000)；增稠剂(ASE-60)等。

1.2实验方法

先将膨润土加水搅拌成浆，然后加入纯碱液进行钠化处理，制成钠化膨润土浆。再将水、润湿剂、分散剂、增稠剂、消泡剂混合，搅拌使之均匀。然后加入成膜助剂、空心玻璃珠、二氧化钛、海泡石粉、硅酸铝纤维[5]、钠化膨润土浆，高速搅拌，得到均匀料浆。再将乳液、剩余消泡剂加入混合料浆中，低速搅拌均匀后，即得产品，氨水调pH值至8～9。

1.3热反射率的测定

热反射率的测定：装置如图1。

调节室温为28.8℃；将两块喷涂黑磁漆的样板相距50mm平行放在聚苯乙烯泡沫上，涂漆的一面朝上，其中心放在灯泡下；调节灯泡和样板之间的距离，使两块样板在30min内达到平衡温度87.8℃；然后立即撤走一块黑样板，换上一块待测热反射漆板；经15min后，记录平衡时反射漆样板的温度；然后推算出热反射率。

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式中：X为热反射率；t室为当时室温，一般固定为28.8℃；t黑为标准黑板温度，一般为87.8℃；tx为实测的试板的温度。

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1—涂料试板；2—PS泡沫板；3—500W碘钨灯；4—温度计(大部分试验采用贴片式热电偶)

图1热反射率测定装置图

2.结果与讨论

2.1颜填料用量与涂料反射率的关系

2.1.1空心玻璃珠用量对涂料反射率的影响

在二氧化钛、海泡石、硅酸铝百分含量分别为7.5%、8%、5%，丙烯酸乳液为22.5%的条件下，仅改变空心玻璃珠的用量，考察空心玻璃珠的用量变化对涂料反射率的影响，膜厚为100μm，结果如图2所示。

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由图2可以看出，空心玻璃珠的用量增加时，反射率增大，当用量为25%时，达到最大值；随着空心玻璃珠用量继续增加，反射率不升反降。这是因为空心微珠导热系数只有0.03～0.10W/(m·K)，是无机非金属材料中最小的。另外其堆积密度小，约为100～200kg/m3，随着空心微珠用量增加，涂膜层密度减小，反射率粒子增多，隔热性能相应提高，反射率增大。但是，如果用量过大时，由于空心玻璃珠和水的表面张力很大，不容易互相混合，空心玻璃珠易上浮在表面形成结膜，反而降低了反射率。因此，空心玻璃珠的用量以25%较为适宜。

2.1.2二氧化钛用量对涂料反射率的影响

在空心玻璃珠、海泡石、硅酸铝百分含量分别为25%、8%、5%，丙烯酸乳液为22.5%的条件下，仅改变二氧化钛的用量，考察二氧化钛用量变化对涂料反射率的影响，膜厚为100μm，结果如图3所示。

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由图3可以看出，随着二氧化钛用量的增加，白色涂层的反射率上升，到用量为15%时达到最高值，之后随着用量的增加反射率反而下降。其原因如下：当用量<15%时，随着用量的增加，漆膜内颜料的相对密度增大，起反射作用的颜料粒子数增多，故反射率呈上升趋势。当用量达到15%以后，随着用量的增加，由于粒子的聚集，使散射的比表面积减少，散射效率降低，故反射率下降。因此，对于二氧化钛含量，从实验结论和经济成本来讲，并不是越高越好，而是有一个限度范围，从本实验考察，以15%为佳。

2.2颜填料的性状与涂料反射率的关系

2.2.1颜填料遮盖力与涂料反射率的关系

颜料的遮盖力是颜料粒子反射光的能力。对于白色颜料，光线可以完全进入颜料粒子中；对于有色颜料来讲，颜料的遮盖力是颜料粒子吸收某些光线并反射其他光线的能力[6]。在空心玻璃珠、硅酸铝、海泡石百分含量分别为25%、5%、6%，丙烯酸乳液一定的条件下，添加同一质量的不同遮盖力的颜填料，考察添加遮盖力强弱不同的颜填料制成的涂料反射率的变化情况，结果如表1所示。

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从表1可知：在含量固定的情况下，遮盖力弱的白色颜填料制成的涂料反射率普遍低于遮盖力强的白色颜填料制成的涂料反射率。这是因为底板为铁板，遮盖力不强，底色会显露出来，影响反射率。另外，涂料遮盖力的强弱受颜填料和树脂两者折光率之差的影响。要达到高反射率，必须采用折光指数高的颜填料和折光指数低的树脂。本实验中二氧化钛的遮盖力最大，其所形成的涂料的反射率明显高于其他3种。

2.2.2颜填料颜色与涂料反射率的关系

在丙烯酸乳液和涂层厚度固定不变的情况下，用其他颜色颜填料与白色颜填料制成涂层进行反射率对比，以考察颜色[7]对反射率的影响。由文献中可以得到，二氧化钛有很好的遮盖力和热反射性能，为了减少遮盖力对反射率的影响因素，突出颜色对反射率的影响，所以，在配方中皆用到一定量的二氧化钛，以增加其遮盖力，所配制的涂料配方及反射率见表2。

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注：其他颜填料用量均为10%。

由上述实验结果可以明显看出，白色颜填料反射率高于彩色颜填料反射率，黑色样板反射率最低。当由不同颜填料制成的两种涂层都呈白色不透明状时，如果都不存在吸收光线的粒子，那么全部入射的光线都会返回表面。但是如果涂层厚度不同，并且放在黑色基材上，那么含有低折射率反射材料的涂层能使部分光线进入黑色背景而被吸收，则涂层就不会完全不透明，与白色的涂层相比较，则呈现灰色。从而涂层对光的反射效果减弱，涂层表面温度升高。

2.2.3二氧化钛晶型与反射率的关系

在空心玻璃珠、二氧化钛、海泡石百分含量分别为25%、15%、5%，丙烯酸乳液为45%的条件下，用不同晶型的二氧化钛，在含量相同、膜厚一定的情况下，考察晶型[8]的变化对涂料反射率的影响，结果如图4所示。从图4可以发现，在同等条件下，锐钛型的反射率普遍低于金红石型的涂层；另外，通过肉眼观察所制的涂料可以发现，锐钛型的二氧化钛遮盖力没有金红石型的二氧化钛遮盖力好。

3.结语

(1)用空心微珠和反射率高的白色颜填料可有效提高涂料的热反射性能，改善涂料的隔热效果。

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(2)在二氧化钛、海泡石、硅酸铝百分含量分别为7.5%、8%、5%，丙烯酸乳液为22.5%的条件下，空心玻璃珠含量为25%时涂料的反射率最高。

(3)在空心玻璃珠、海泡石、硅酸铝百分含量分别为25%、8%、5%，丙烯酸乳液为22.5%的条件下，二氧化钛的含量达15%时所得的涂料反射率最高。

(4)采用金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛遮盖力强，隔热效果好。

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