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                          水性建筑用反射隔熱涂料研究與應用

                          時間:2017-11-17 15:14來源:河北晨陽 作者:xuchen 點擊:
                          水性建筑用反射隔熱涂料研究與應用

                          研發單位:河北晨陽工貿集團有限公司
                          主要研發人:胡中源 董立志
                           程璐
                          一、研制背景
                          目前我國正處于城鎮化和工業化的快速發展時期,每年大約有20億平方米的建筑總量,數目接近全球年建筑總量的一半。在這樣的背景下,新建筑及原有的400億平方米存量建筑能否有效的節能,不僅關系到能否緩解我國能源供求的緊張狀況,而且還關系到全球氣候變化與可持續發展。
                          長期以來,國家也認識到建筑節能的重要性,但由于各種客觀因素的制約,使我國的建筑節能工作進展緩慢,成效不大。目前,我國建筑絕大多數是高耗能非節能型建筑,單位建筑能耗高達氣候相近的發達國家新建建筑的3倍。
                          目前市場上的保溫隔熱涂料主要分兩大類,一類以厚質的外保溫系統為代表,利用降低熱傳遞的阻隔原理,效果明顯,另外還有傳統的硅酸鹽類復合涂料也是利用這一原理;另一類是薄層涂料,利用減少太陽光吸收的原理減少外界太陽能量的侵入。
                          反射型隔熱涂料開始是為滿足軍事上和航天上的需求而發展起來的。由于反射型隔熱涂料能夠顯著地降低暴露于太陽熱輻射下的物體的表面溫度,因而該類涂料迅速在石油化工行業得到應用。
                          反射型隔熱涂料在建筑工程領域中主要應用于隔熱場合,即在外圍護結構的表面采用高反射性隔熱涂料,能夠減少建筑物對太陽輻射熱的吸收,阻止建筑物表面因吸收太陽輻射導致的溫度升高,減少熱量向室內的傳入。以前主要研究在屋面上應用,以降低溫升并對屋面防水材料起保護作用。近年來由于國外新型高效能反射材料玻璃空心微珠的出現,推動了這類涂料在我國南方冬冷地區外墻面的應用。
                          從1992年開始,我國可使太陽光照射下被涂物降溫的各類涂料層出不窮。至今約有40余家研究及生產單位,有代表性的幾家單位,如上海大通應用化學所、晨光涂料、鎮江遠方防腐工程公司、青島海洋化工研究院、上海廣毅涂料有限公司等,雖起步較晚,但由于不少企業攜手高等院校及研究單位介入這一領域,在涂料機理研究、品種開發及工程應用方面,取得了巨大進展,不少方面并不比國外同類產品差,具有與國外同步的研發水平。
                          近20余年來,國外有代表性的太陽能反射涂料,如美國盾牌節能涂料、新加坡高科(HIT)涂料、美國太陽能集團公司研制的LO/MIT-1型隔熱漆等,可使被涂物內部溫度大大降低,同時兼有較好的防蝕、阻燃、防水功能,安全無毒,已廣泛用于美國、日本、馬來西亞和新加坡等國的油氣儲罐、建筑屋頂,取得較好效果。日本、意大利等國家均投人巨資進行降溫涂料或降溫材料的研究,并開始產品化。特別是美國ASTM隔熱委員會C16還制定了C1483標準(熱反射隔熱涂料),對熱反射涂料的各項技術指標、測試方法作出了規定,標志著“熱反射隔熱防腐涂料”已正式被美國接受并規定應用于相關領域,如鋼結構、建筑外墻等。
                          二、應用領域
                          建筑反射隔熱涂料適用于房屋/樓宇頂面、外墻面,集反射、輻射、與空心微珠隔熱于一體,熱反射率高,又能自動進行熱量輻射散熱降溫,把物體表面降溫的熱量輻射到太空中去,降低物體的溫度,同時導熱系數極低的空心微珠隔絕熱能的傳遞,保證刷漆的物體降溫,確保了物體內部空間能保持持久恒溫的狀態,可以用噴涂、滾涂、刷涂等方式,適用于水泥結構、石棉瓦、塑料瓦、玻璃、鋅鐵瓦等材料表面的施工。
                          三、項目研制過程
                          我公司于2009年6月著手開展建筑反射隔熱涂料的研制工作,研究的項目名稱定為“建筑反射隔熱涂料”。本項目主要工作內容為:1、產品技術指標及配方的確定;2、產品生產工藝及所需設備的確定;3、性能檢測。
                          3.1 產品技術指標及配方的確定
                          主要技術指標就是提高太陽光的反射比及半球發射率,以提高隔熱溫差,降低能耗;優異的耐候性,更長的使用壽命;彈性好,可彌蓋細微裂紋。以此為目標進行配方的綜合設計,進行原材料的篩選工作。
                          3.2 產品生產工藝級所需設備的確定
                          建筑反射隔熱涂料的生產工藝與一般的乳膠漆的生產工藝相似,生產過程分為四步:備料、研磨、調漆、包裝。備料階段是將水、助劑、顏填料等混合制備的均勻漆漿,此階段應注意不能將陶瓷空心微珠加入其中,以防高速分散及后續的研磨階段將其空心結構破壞,影響隔熱反射性能;研磨階段是將預分散的漆漿通過研磨設備進行充分分散,得到合適細度,充分發揮顏填料的作用;調漆階段是將研磨的漆漿與余下的基料以及空心陶瓷微珠等混合均勻,此階段應注意低速攪拌,將陶瓷空心微珠均勻分散開;包裝階段是將漆過濾,去除各種雜質,包裝制得成品。
                          3.3 性能檢測
                          建筑反射隔熱涂料按照最新標準JC/T1040-2007進行檢測。
                          序號 檢測項目 技術指標(W)
                          1 在容器中狀態 攪拌后無硬塊、凝集,呈均勻狀態
                          2 施工性 涂刷二道無障礙
                          3 涂膜外觀 無針孔、流掛,涂膜均勻
                          4 低溫穩定性 無硬塊、凝集及分離
                          5 干燥時間(表干),h ≤2
                          6 耐堿性 48h無異常
                          7 耐水性 96h無異常
                          8 耐洗刷性,次 ≥2000
                          9 涂層耐溫變性(5次循環) 無異常
                          10 耐沾污(白色和淺色)性,% <20
                          11 拉伸強度,MPa ≥1.0
                          12 斷裂伸長率,% ≥100
                          13 太陽反射比 老化前 ≥0.83
                          400h老化后 ≥0.81
                          14 半球發射率 老化前 ≥0.85
                          400h老化后 ≥0.83
                          15 耐人工氣候老化性(400h) 外觀 不起泡、不剝落、無裂紋
                          粉化,級 ≤1
                          變色,級 ≤2
                           
                           
                          四、研制過程存在問題及解決方法
                          1、提高太陽光反射比及半球發射率的問題
                          在建筑反射隔熱涂料的原材料中,顏填料是影響反射隔熱性能的關鍵,對涂層的反射光性能有較大影響,成膜物基料與顏填料折射率相差越大,反射率越大,顏填料的粒徑大小及尺寸分布、顆粒形狀、分散性、用量(PVC)、聚集狀態等都會對涂膜反射率造成較大影響。功能性填料的選擇、加量、分散在隔熱及光的反射方面有重大作用。
                          選擇合適的顏料、功能性填料,并確定添加量及分散方法,保證涂膜的高反射隔熱性能。
                          2、漆膜的耐候性、自潔性及彈性的性能平衡問題
                          建筑反射隔熱涂料在保證一定的隔熱性能的同時,應保證功能的持久性及平衡性。采用一般的乳液耐候性較差,會導致漆膜黃變、粉化,使保溫隔熱性能降低;建筑用反射隔熱涂料一般為淺色漆,但是由于工業不斷發達,導致粉塵等污染物較多,會使漆膜變暗,一方面影響裝飾效果,另一方面會使反射隔熱效果變差;再者,一年四季溫差變化較大,如果漆膜的Tg很高,漆膜較脆,在溫度變化較大時,會導致漆膜開裂,嚴重的導致脫落,影響隔熱效果。因此,漆膜的各項性能平衡關系重大。
                          通過選擇多種乳液,做對比試驗,選出高耐候性乳液,并采用混拼的方法提高漆膜的彈性,再采用納米銳鈦型TiO2和SiO2復合物對乳液進行改性,使漆膜性能平衡。
                          五、各技術人員分工及在研發工作中取得的成績
                          河北晨陽工貿集團有限公司擁有省級企業技術中心、河北省水性涂料工程技術研究中心,主要開展節能環保水性涂料的研發,具有較強的研發能力。近三年先后獨立研發完成科技項目20余項,國家863項目1項,省級科研項目4項,完成科技成果鑒定10項,獲得省市級獎項5項,擁有發明專利18項,發表論文30余篇。產品通過中國環境標志產品認證、中國船級社認證、歐盟SGS、TUV環保檢測認證等。公司的各種檢驗、試驗設備均為同行先進水平,可以進行計量校準、理化性能試驗、產品檢測,為產品研發和制造提供了有力的保證。
                          河北晨陽工貿集團有限公司非常注重人才隊伍建設,根據公司實際發展需求,把人才資源做為第一資源,做為推動公司發展的第一動力,不斷聚集和吸引優秀人才,逐步調整、完善人才培養政策措施,不斷強化人才培養機制,造就了一支學科專業齊全、高層次人才集中、人員結構逐步優化,敢于拼搏、勇于創新的科技人才隊伍。通過對水性涂料的研發,不斷提高產品質量,擴大產品應用領域。
                          在研發隊伍中,負責研發建筑反射隔熱涂料的技術人員情況如下:
                          1、薛小倩
                          職稱:助理工程師,建筑反射隔熱涂料項目負責人。
                          職責:負責建筑反射隔熱涂料項目的產品設計與主要研究工作。
                          完成情況:在產品研發中選擇各種原材料,解決了建筑用反射隔熱涂料漆膜的耐候性、自潔性及彈性的性能平衡問題,儲存穩定性問題,顏料、功能性填料的選擇及加量等難題。
                          2、李幕英
                          職稱:助理工程師
                          職責:擬定生產所需設備,確定產品的生產工藝流程。
                          完成情況:建筑用反射隔熱涂料備料、研磨、調漆、包裝各個工序所需生產設備,保證產品質量。
                          3、張凡
                          職稱:助理工程師
                          職責:確定建筑用反射隔熱涂料的施工工藝。
                          完成情況:確定產品的施工工藝及施工注意的事項,以更好的滿足客戶的使用。
                          4、其他人員
                          實驗室人員和檢測人員。協助解決在產品研發過程中遇到的難題,并監督生產。
                          六、結論
                          隨著建設部訂立“建筑節能、低碳環保”的規定,外保溫成為建筑節能的重點發展項目,建筑用反射隔熱涂料通過反射夏季的太陽熱輻射,降低因太陽輻射而導致的涂膜溫度升高,解決了外墻外保溫表面溫度高、可能受到的溫差大所帶來的開裂、涂膜老化加速弊病。再加上,建筑用反射隔熱涂料的性能調整方便,在保證一定的反射性能的前提下,所選基料的優勢不同,漆膜的特點不同,同時,它保溫隔熱性能好、壽命長、施工簡單、綠色環保,隨著國家對建筑節能的強制試行,該涂料會受到重視,并得到快速發展,用量顯著提高。
                          七、創新點
                          建筑用反射隔熱涂料的技術先進性和創造性表現在以下幾個方面:
                          1、水性建筑用反射隔熱涂料采用納米銳鈦型TiO2和SiO2復合物改性氟碳乳液混拼核殼共聚丙烯酸乳液,使漆膜在具有耐候性、自潔性的同時,又具有一定的彈性,可彌蓋細微裂紋。
                          2、采用陶瓷空心微珠進行級配,提高涂膜的反射隔熱系數,同時提高抗紫外線、耐老化功能,提高流平、硬度等性能,降低VOC。
                          3、配合紅外輻射粉——納米級氧化鋁鋅(AlZnO),它的半導體結構,賦予其晶格中含有大量的載流子,能反射近紅外區太陽熱輻射能量。
                          八、經濟效益分析
                          我公司建筑反射隔熱涂料成本核算表如下:
                          項目 單耗金額(元)
                          原料及主要材料 11.7
                          其他直接支出 1
                          銷售費用 2
                          管理費用 3
                          成本合計 18.7
                          銷售利潤 3.3
                          均售價 22
                           
                          每生產一噸建筑反射隔熱涂料綜合成本1.87萬元左右,市場售價2.2萬元/噸,按1噸利潤=2.2-1.87=0.33萬元左右,按年產銷能力600噸計算,年利潤可觀。
                          九、社會效益分析
                          本產品已經成功應用于工廠廠房、糧倉、民用建筑的保溫隔熱,受到了政府和施工人員的好評,以其高性能、高技術水平成功為國家做出了應用的貢獻。該技術產品以水為溶劑,不含苯、甲苯、二甲苯,不含游離異氰酸酯和重金屬等有害物質,對人體健康無影響、對環境無污染。作為一種環保型高性能特種涂料,建筑反射隔熱涂料市場前景廣闊,此產品的問世有利于推動保溫隔熱涂料的發展。
                          建筑反射隔熱涂料的研制成功標志著我公司水性漆研制水平有了重大提高,推動了公司的自主創新觀念和能力,促進了國內水性漆行業的技術進步,拓展了建筑反射隔熱涂料的市場空間,增加了建筑反射隔熱涂料的市場生存能力。該項產品達到了國內領先水平,為國內建筑反射隔熱涂料的發展做出了貢獻。該項產品的研制成功填補了國內空白。該產品的研發和技術儲備在爭取市場方面,具有現實和潛在的社會效益,對促進國內隔熱保溫涂料的發展,具有現實和長遠的社會經濟效益。
                          十、結語
                          我國的建筑能耗約占全國能源總消耗量的27%,居全國各類能耗之首,因此從根本上解決建筑能耗,大力開發高隔熱性能的建筑反射隔熱涂料,順應世界“低碳、環保、節能減排”的號召,國家有關政策的出臺使得建筑節能涂料成為必需,也為建筑反射隔熱涂料的發展提供了良好的宏觀環境。
                          因此,推廣應用建筑反射隔熱涂料經濟和社會發展的雙重效益非常明顯、可觀!
                           


                          (責任編輯:admin)

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