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徐文，胡剑青，涂伟萍

(华南理工大学化工与能源学院，广州510640)

摘要：利用有机硅改性丙烯酸酯乳液和含氟乳液为基料，制备耐沾污、具有热反射和低导热协同作用的隔热涂料。对成膜物质与颜填料进行了筛选，结果表明，当硅丙乳液(KD-9)/含氟乳液(THV340C)的质量比为90∶10进行复配，选用金红石型二氧化钛为颜料，且其体积浓度为25%～35%时，可以获得性能优异的耐沾污隔热涂料。

关键词：耐沾污；热反射；金红石型；二氧化钛；体积浓度

0.引言

我国建筑节能的目标是，争取在2010年全国新建建筑1/3以上能达到绿色建筑和节能建筑标准，全国城镇建筑的总耗能要实现节能50%，到2020年全社会建筑节能达到65%[1]。目前的建筑用隔热涂料按其作用机理可分为三类：阻隔型隔热涂料、辐射型隔热涂料及反射型隔热涂料[2]。太阳是地球的主要热源，如果能够有效地降低太阳光产生的热效应，那么必然可以实现隔热降温的目的。太阳热反射隔热涂料，因其经济、使用方便和具有良好的隔热效果等优点而越来越受到人们的青睐。目前国内外对这种涂料的研究取得了一些成果，但主要以溶剂型涂料为主[3-8]。本研究以硅丙乳液和含氟乳液进行复合，选用金红石型二氧化钛为颜料，在特定的工艺及配方条件下制备了性能优异的环境友好耐沾污隔热涂料。

1.实验部分

1.1试验原料

硅丙乳液：国民淀粉公司KD-9；含氟乳液：3M公司THV340C；金红石型二氧化钛：杜邦公司R706；碳酸钙；绢云母；滑石粉；分散剂；消泡剂。

1.2涂料制备

按比例称取颜填料、树脂及相应溶剂，混合后用高速乳化机进行分散，过滤，包装。

1.3涂膜性能测试

1.3.1热反射率测试

用配有积分球装置的紫外-可见-近红外分光光度计测热反射涂料的太阳热反射比，测定波长范围为250～2500nm。日本岛津生产的分光光度计，型号UV3010。测试标准ASTME903—1996。

1.3.2接触角测试

将乳胶膜制成28mm×11mm试样，采用JC2000A静态接触角测量仪，将液滴通过注射器针头滴在载玻片上，利用量角法读出接触角，接触角测量范围为0～180°，室温操作。每个样品分别在5个不同的位置测定，接触角(θ)计算公式为：θ=2(2h/r)，其中：h为液滴高度；r为液滴宽度。

通过测量接触角可计算出表面张力。

1.3.3X射线光电子能谱测试(XPS测试)

采用VGESCALABMKⅡ型光电子能谱仪对乳胶膜进行表面能谱和元素分析。X射线源是Mg的特征Kα射线，能量为125316eV，功率为200W(10kV×20mA)，能量分析器固定透过能为20eV。

1.3.4耐沾污性测试

耐沾污性测试参照GB/T9757—2001标准进行。

1.3.5隔热效果对比测试

在涂料中加入30%的水进行稀释，在马口铁片上喷涂3道，涂层厚度约为180μm。其中，马口铁片隔热面积大小为8cm×8cm。测试用仪器见图1，测试箱尺寸为15cm×15cm×15cm。测试时环境温度为25℃，碘钨灯功率为150W，恒定电压为150V，碘钨灯距离测试样板的高度为10cm。

图1隔热效果对比测试装置

2.结果与讨论

2.1接触角及表面性能分析

测试了水在涂膜表面的接触角及聚合物表面张力，见表1。

表1水在涂膜表面的接触角和聚合物表面张力测试结果

由表1可见，随着含氟乳液THV340C用量的增加，涂膜的表面张力降低，水在涂膜上的接触角增加。当硅丙乳液(KD-9)/含氟乳液(THV340C)的质量比降低到90∶10时，即含氟乳液的用量继续增大时，涂膜的表面张力值变化不大，因此本研究选用的成膜物质以KD-9/THV340C质量比为90∶10的复配乳液。

2.2复合乳液胶膜的分析

将m(KD-9)∶m(THV340C)为90∶10的复配乳液涂膜进行X射线光电子能谱(XPS)分析，结果见图2，其中(a)、(b)分别为复配乳液胶膜表层和底层的XPS谱图。

图2复合乳液胶膜表层和底层的XPS图谱

从图2可以看出，底层C1s、O1s的峰高在增大，F1s的峰高在减小，在涂膜底面，只有很微弱的F1s信号，在表层F1s的峰最高。这表明，m(KD-9)∶m(THV340C)为90∶10的复配乳液胶膜表面上含氟组分富集于胶膜表面层，而底层含有的氟组分非常少。这是由于硅丙乳液和含氟乳液表面张力的差别，导致在成膜过程中，含氟乳液迁移到涂膜的表面，因此胶膜的表面张力降低。

2.3二氧化钛用量的影响

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仅以金红石型二氧化钛为颜料，配制颜料体积浓度(PVC)分别为15%、25%、35%的涂料。将涂料喷涂于马口铁片上，进行太阳热反射率测定，结果见图3和表2。

图3不同PVC涂层的太阳光反射率

表2不同PVC涂层的热反射率

从图3和表2中可以看出，当PVC较低时，随着PVC的增加，热反射率上升，PVC在25%附近时，热反射率达到最高值7618%；随着PVC的继续增加，热反射率又出现下降，这是因为PVC的增大，会使颜料粒子发生聚集，使热散射的比表面积减少；但是当PVC大于45%时，基料对颜料粒子的润湿效果减少，空气会进入涂层，造成空气与颜料粒子界面之间的散射，所以热反射率会稍有升高。

2.4其他填料对隔热性能的影响

将金红石型二氧化钛的加入量固定为所贡献的PVC为15%，用轻质碳酸钙、绢云母和滑石粉将涂料体系的PVC调整至20%、25%、30%和35%，进行复配考察几种填料用量对涂料隔热性能的影响，结果见图4。

图4填料种类及用量对热反射率的影响

T—TiO2；T/G—TiO2与碳酸钙体系；T/Y—TiO2与绢云母体系；T/H—TiO2与滑石粉体系

图4填料种类及用量对热反射率的影响

从图4可以看出，全部使用金红石型二氧化钛的体系热反射率最高。3种填料中，以碳酸钙为填料的涂料热反射率比绢云母和滑石粉高，以绢云母为填料的热反射率最低。所以补加碳酸钙填料并控制PVC为30%左右，能使涂料获得较好的隔热效果。

2.5涂层隔热效果比较

利用图1所示的隔热效果对比测试装置测定了涂有不同PVC含量涂料的马口铁片。结果如表3和图5所示。测试中对未采取涂料涂装的马口铁片直接进行碘钨灯照射，测试得到其背面温度于40min左右顶部温度达62.1℃时平衡，此时中部的温度达36.3℃。该温度与夏季太阳光直接照射铁皮达到的温度相仿。

表3碘钨灯辐照40min平衡后不同PVC涂层的温度数据

可以看出，在颜料体积浓度为25%～35%时，涂层背面的实际温度下降至55～56℃，温度降低约为7℃。颜料体积浓度为25%时，测试箱中部温度为33.1℃，比未涂装涂料的铁片所封盖的测试箱中部温度降低3.2℃。所以颜料的体积浓度为25%～35%，可以制备得到隔热性能较强的反射涂料。

图5不同颜料体积浓度涂层的隔热效果测试

3.结语

通过对以有机硅改性丙烯酸酯乳液与含氟乳液的复合乳液为基料，金红石型二氧化钛为颜料，轻质碳酸钙为填料配制的涂料研究表明，当成膜物质硅丙乳液(KD-9)/含氟乳液(THV340C)配比为90∶10、颜料体积浓度在25%～30%时，可以获得耐沾污型隔热涂料，形成的涂层的热反射率最高达到76.8%，比未涂装涂料的马口铁表面温度可降低7℃。