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水性建筑用反射隔热涂料研究与应用

时间:2017-11-17 15:14来源:河北晨阳 作者:xuchen 点击:
水性建筑用反射隔热涂料研究与应用

研发单位:河北晨阳工贸集团有限公司
主要研发人:胡中源 董立志
 程璐
一、研制背景
目前我国正处于城镇化和工业化的快速发展时期,每年大约有20亿平方米的建筑总量,数目接近全球年建筑总量的一半。在这样的背景下,新建筑及原有的400亿平方米存量建筑能否有效的节能,不仅关系到能否缓解我国能源供求的紧张状况,而且还关系到全球气候变化与可持续发展。
长期以来,国家也认识到建筑节能的重要性,但由于各种客观因素的制约,使我国的建筑节能工作进展缓慢,成效不大。目前,我国建筑绝大多数是高耗能非节能型建筑,单位建筑能耗高达气候相近的发达国家新建建筑的3倍。
目前市场上的保温隔热涂料主要分两大类,一类以厚质的外保温系统为代表,利用降低热传递的阻隔原理,效果明显,另外还有传统的硅酸盐类复合涂料也是利用这一原理;另一类是薄层涂料,利用减少太阳光吸收的原理减少外界太阳能量的侵入。
反射型隔热涂料开始是为满足军事上和航天上的需求而发展起来的。由于反射型隔热涂料能够显著地降低暴露于太阳热辐射下的物体的表面温度,因而该类涂料迅速在石油化工行业得到应用。
反射型隔热涂料在建筑工程领域中主要应用于隔热场合,即在外围护结构的表面采用高反射性隔热涂料,能够减少建筑物对太阳辐射热的吸收,阻止建筑物表面因吸收太阳辐射导致的温度升高,减少热量向室内的传入。以前主要研究在屋面上应用,以降低温升并对屋面防水材料起保护作用。近年来由于国外新型高效能反射材料玻璃空心微珠的出现,推动了这类涂料在我国南方冬冷地区外墙面的应用。
从1992年开始,我国可使太阳光照射下被涂物降温的各类涂料层出不穷。至今约有40余家研究及生产单位,有代表性的几家单位,如上海大通应用化学所、晨光涂料、镇江远方防腐工程公司、青岛海洋化工研究院、上海广毅涂料有限公司等,虽起步较晚,但由于不少企业携手高等院校及研究单位介入这一领域,在涂料机理研究、品种开发及工程应用方面,取得了巨大进展,不少方面并不比国外同类产品差,具有与国外同步的研发水平。
近20余年来,国外有代表性的太阳能反射涂料,如美国盾牌节能涂料、新加坡高科(HIT)涂料、美国太阳能集团公司研制的LO/MIT-1型隔热漆等,可使被涂物内部温度大大降低,同时兼有较好的防蚀、阻燃、防水功能,安全无毒,已广泛用于美国、日本、马来西亚和新加坡等国的油气储罐、建筑屋顶,取得较好效果。日本、意大利等国家均投人巨资进行降温涂料或降温材料的研究,并开始产品化。特别是美国ASTM隔热委员会C16还制定了C1483标准(热反射隔热涂料),对热反射涂料的各项技术指标、测试方法作出了规定,标志着“热反射隔热防腐涂料”已正式被美国接受并规定应用于相关领域,如钢结构、建筑外墙等。
二、应用领域
建筑反射隔热涂料适用于房屋/楼宇顶面、外墙面,集反射、辐射、与空心微珠隔热于一体,热反射率高,又能自动进行热量辐射散热降温,把物体表面降温的热量辐射到太空中去,降低物体的温度,同时导热系数极低的空心微珠隔绝热能的传递,保证刷漆的物体降温,确保了物体内部空间能保持持久恒温的状态,可以用喷涂、滚涂、刷涂等方式,适用于水泥结构、石棉瓦、塑料瓦、玻璃、锌铁瓦等材料表面的施工。
三、项目研制过程
我公司于2009年6月着手开展建筑反射隔热涂料的研制工作,研究的项目名称定为“建筑反射隔热涂料”。本项目主要工作内容为:1、产品技术指标及配方的确定;2、产品生产工艺及所需设备的确定;3、性能检测。
3.1 产品技术指标及配方的确定
主要技术指标就是提高太阳光的反射比及半球发射率,以提高隔热温差,降低能耗;优异的耐候性,更长的使用寿命;弹性好,可弥盖细微裂纹。以此为目标进行配方的综合设计,进行原材料的筛选工作。
3.2 产品生产工艺级所需设备的确定
建筑反射隔热涂料的生产工艺与一般的乳胶漆的生产工艺相似,生产过程分为四步:备料、研磨、调漆、包装。备料阶段是将水、助剂、颜填料等混合制备的均匀漆浆,此阶段应注意不能将陶瓷空心微珠加入其中,以防高速分散及后续的研磨阶段将其空心结构破坏,影响隔热反射性能;研磨阶段是将预分散的漆浆通过研磨设备进行充分分散,得到合适细度,充分发挥颜填料的作用;调漆阶段是将研磨的漆浆与余下的基料以及空心陶瓷微珠等混合均匀,此阶段应注意低速搅拌,将陶瓷空心微珠均匀分散开;包装阶段是将漆过滤,去除各种杂质,包装制得成品。
3.3 性能检测
建筑反射隔热涂料按照最新标准JC/T1040-2007进行检测。
序号 检测项目 技术指标(W)
1 在容器中状态 搅拌后无硬块、凝集,呈均匀状态
2 施工性 涂刷二道无障碍
3 涂膜外观 无针孔、流挂,涂膜均匀
4 低温稳定性 无硬块、凝集及分离
5 干燥时间(表干),h ≤2
6 耐碱性 48h无异常
7 耐水性 96h无异常
8 耐洗刷性,次 ≥2000
9 涂层耐温变性(5次循环) 无异常
10 耐沾污(白色和浅色)性,% <20
11 拉伸强度,MPa ≥1.0
12 断裂伸长率,% ≥100
13 太阳反射比 老化前 ≥0.83
400h老化后 ≥0.81
14 半球发射率 老化前 ≥0.85
400h老化后 ≥0.83
15 耐人工气候老化性(400h) 外观 不起泡、不剥落、无裂纹
粉化,级 ≤1
变色,级 ≤2
 
 
四、研制过程存在问题及解决方法
1、提高太阳光反射比及半球发射率的问题
在建筑反射隔热涂料的原材料中,颜填料是影响反射隔热性能的关键,对涂层的反射光性能有较大影响,成膜物基料与颜填料折射率相差越大,反射率越大,颜填料的粒径大小及尺寸分布、颗粒形状、分散性、用量(PVC)、聚集状态等都会对涂膜反射率造成较大影响。功能性填料的选择、加量、分散在隔热及光的反射方面有重大作用。
选择合适的颜料、功能性填料,并确定添加量及分散方法,保证涂膜的高反射隔热性能。
2、漆膜的耐候性、自洁性及弹性的性能平衡问题
建筑反射隔热涂料在保证一定的隔热性能的同时,应保证功能的持久性及平衡性。采用一般的乳液耐候性较差,会导致漆膜黄变、粉化,使保温隔热性能降低;建筑用反射隔热涂料一般为浅色漆,但是由于工业不断发达,导致粉尘等污染物较多,会使漆膜变暗,一方面影响装饰效果,另一方面会使反射隔热效果变差;再者,一年四季温差变化较大,如果漆膜的Tg很高,漆膜较脆,在温度变化较大时,会导致漆膜开裂,严重的导致脱落,影响隔热效果。因此,漆膜的各项性能平衡关系重大。
通过选择多种乳液,做对比试验,选出高耐候性乳液,并采用混拼的方法提高漆膜的弹性,再采用纳米锐钛型TiO2和SiO2复合物对乳液进行改性,使漆膜性能平衡。
五、各技术人员分工及在研发工作中取得的成绩
河北晨阳工贸集团有限公司拥有省级企业技术中心、河北省水性涂料工程技术研究中心,主要开展节能环保水性涂料的研发,具有较强的研发能力。近三年先后独立研发完成科技项目20余项,国家863项目1项,省级科研项目4项,完成科技成果鉴定10项,获得省市级奖项5项,拥有发明专利18项,发表论文30余篇。产品通过中国环境标志产品认证、中国船级社认证、欧盟SGS、TUV环保检测认证等。公司的各种检验、试验设备均为同行先进水平,可以进行计量校准、理化性能试验、产品检测,为产品研发和制造提供了有力的保证。
河北晨阳工贸集团有限公司非常注重人才队伍建设,根据公司实际发展需求,把人才资源做为第一资源,做为推动公司发展的第一动力,不断聚集和吸引优秀人才,逐步调整、完善人才培养政策措施,不断强化人才培养机制,造就了一支学科专业齐全、高层次人才集中、人员结构逐步优化,敢于拼搏、勇于创新的科技人才队伍。通过对水性涂料的研发,不断提高产品质量,扩大产品应用领域。
在研发队伍中,负责研发建筑反射隔热涂料的技术人员情况如下:
1、薛小倩
职称:助理工程师,建筑反射隔热涂料项目负责人。
职责:负责建筑反射隔热涂料项目的产品设计与主要研究工作。
完成情况:在产品研发中选择各种原材料,解决了建筑用反射隔热涂料漆膜的耐候性、自洁性及弹性的性能平衡问题,储存稳定性问题,颜料、功能性填料的选择及加量等难题。
2、李幕英
职称:助理工程师
职责:拟定生产所需设备,确定产品的生产工艺流程。
完成情况:建筑用反射隔热涂料备料、研磨、调漆、包装各个工序所需生产设备,保证产品质量。
3、张凡
职称:助理工程师
职责:确定建筑用反射隔热涂料的施工工艺。
完成情况:确定产品的施工工艺及施工注意的事项,以更好的满足客户的使用。
4、其他人员
实验室人员和检测人员。协助解决在产品研发过程中遇到的难题,并监督生产。
六、结论
随着建设部订立“建筑节能、低碳环保”的规定,外保温成为建筑节能的重点发展项目,建筑用反射隔热涂料通过反射夏季的太阳热辐射,降低因太阳辐射而导致的涂膜温度升高,解决了外墙外保温表面温度高、可能受到的温差大所带来的开裂、涂膜老化加速弊病。再加上,建筑用反射隔热涂料的性能调整方便,在保证一定的反射性能的前提下,所选基料的优势不同,漆膜的特点不同,同时,它保温隔热性能好、寿命长、施工简单、绿色环保,随着国家对建筑节能的强制试行,该涂料会受到重视,并得到快速发展,用量显著提高。
七、创新点
建筑用反射隔热涂料的技术先进性和创造性表现在以下几个方面:
1、水性建筑用反射隔热涂料采用纳米锐钛型TiO2和SiO2复合物改性氟碳乳液混拼核壳共聚丙烯酸乳液,使漆膜在具有耐候性、自洁性的同时,又具有一定的弹性,可弥盖细微裂纹。
2、采用陶瓷空心微珠进行级配,提高涂膜的反射隔热系数,同时提高抗紫外线、耐老化功能,提高流平、硬度等性能,降低VOC。
3、配合红外辐射粉——纳米级氧化铝锌(AlZnO),它的半导体结构,赋予其晶格中含有大量的载流子,能反射近红外区太阳热辐射能量。
八、经济效益分析
我公司建筑反射隔热涂料成本核算表如下:
项目 单耗金额(元)
原料及主要材料 11.7
其他直接支出 1
销售费用 2
管理费用 3
成本合计 18.7
销售利润 3.3
均售价 22
 
每生产一吨建筑反射隔热涂料综合成本1.87万元左右,市场售价2.2万元/吨,按1吨利润=2.2-1.87=0.33万元左右,按年产销能力600吨计算,年利润可观。
九、社会效益分析
本产品已经成功应用于工厂厂房、粮仓、民用建筑的保温隔热,受到了政府和施工人员的好评,以其高性能、高技术水平成功为国家做出了应用的贡献。该技术产品以水为溶剂,不含苯、甲苯、二甲苯,不含游离异氰酸酯和重金属等有害物质,对人体健康无影响、对环境无污染。作为一种环保型高性能特种涂料,建筑反射隔热涂料市场前景广阔,此产品的问世有利于推动保温隔热涂料的发展。
建筑反射隔热涂料的研制成功标志着我公司水性漆研制水平有了重大提高,推动了公司的自主创新观念和能力,促进了国内水性漆行业的技术进步,拓展了建筑反射隔热涂料的市场空间,增加了建筑反射隔热涂料的市场生存能力。该项产品达到了国内领先水平,为国内建筑反射隔热涂料的发展做出了贡献。该项产品的研制成功填补了国内空白。该产品的研发和技术储备在争取市场方面,具有现实和潜在的社会效益,对促进国内隔热保温涂料的发展,具有现实和长远的社会经济效益。
十、结语
我国的建筑能耗约占全国能源总消耗量的27%,居全国各类能耗之首,因此从根本上解决建筑能耗,大力开发高隔热性能的建筑反射隔热涂料,顺应世界“低碳、环保、节能减排”的号召,国家有关政策的出台使得建筑节能涂料成为必需,也为建筑反射隔热涂料的发展提供了良好的宏观环境。
因此,推广应用建筑反射隔热涂料经济和社会发展的双重效益非常明显、可观!
 


(责任编辑:admin)

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