彩色建筑节能涂料的制备和性能研究

针对目前市面上应用的建筑节能涂料多以白色和浅色为主,装饰性不佳,分别以钛铬黄和铁黄、钴绿和铬绿2种黄、绿色系的彩色颜料为反射颜料,制备了2种彩色建筑节能涂料,并探究隔热性能较好的涂层对应的颜料种类及其掺量。采用X射线衍射仪、紫外/可见/近红外分光光度计、精密色差仪对颜料和涂层性能进行表征,用自制隔热性能测试装置测量涂层的隔热性能。结果表明:相比于铁黄和铬绿,钛铬黄和钴绿2种颜料的近红外平均反射率更高;当掺量为20%时,钛铬黄和铬绿涂层近红外平均反射率最大分别为68.69%和48.57%,红外发射率分别为0.93和0.90,此时2种涂层试板的平衡温度较空白板分别低17.8℃和9.9℃。     

多色系复合型建筑节能涂层的制备及性能

将含空心玻璃微珠和二氧化钛的阻隔型涂层作为底面涂层,含不同颜料(包括复合钛红、铁锌铬棕、群青、铁铬黑和铬绿)的反射型涂层作为表面涂层,制备了底/表面多色系复合型建筑节能涂层,并探究了颜料掺量对涂层性能的影响。采用紫外/可见/近红外分光光度计、红外辐射率测量仪、精密色差仪和扫描电镜表征了涂层的反射比、半球发射率、明度和表面形貌。结果表明,复合结构涂层的反射性能好于单涂层。当颜料掺量为20%时,所有色系的复合涂层的太阳光反射比均最高,反射比、半球发射率等性能也都满足相关标准要求。     

棕色反射隔热外墙涂层的制备及性能

根据三原色理论,将复合钛红、钴蓝和钛铬黄混合后与苯丙乳液制备了棕色反射隔热外墙涂料,并与单独用铁棕和铁锌铬棕为颜料制备的涂料对比。采用紫外/可见/近红外分光光度计、红外辐射率测量仪和精密色差仪对涂层性能进行表征,用自制装置测试涂层的隔热性能。3种棕色涂层的外观相近,均为低明度涂层,它们的反射比、半球发射率、人工气候老化后反射比变化率等主要性能均符合JG/T 235–2014《建筑反射隔热涂料》的规定。附着力、铅笔硬度、冲击强度和柔韧性差别不大,耐水浸泡72 h无异常。其中混合颜料所制涂层的太阳光反射比和隔热性能最佳,其平衡温度相对空白板降低了12.3℃,但所用原料最贵,铁棕所制涂层的综合性能最差,但成本最低。     

黑色建筑节能涂料的制备及性能研究

基于减少能源消耗及缓解热岛效应的要求,以铁铬黑为颜料,硅溶胶-苯丙复合乳液为基料,制备了黑色系建筑节能涂料,探讨了颜料掺量及涂层厚度对节能涂料光学性能的影响。采用XRD衍射仪、紫外/可见光/近红外分光光度计、精密色度仪等分析颜料的物相结构及光学性能。采用红外灯模拟太阳热源测量涂层的隔热性能。结果表明:铁铬黑颜料的近红外平均反射率为57%,且反射光谱与叶绿素基本一致;当颜料掺量为10%、涂层干膜厚度为150μm时,涂层的近红外平均反射率为39.2%,长波发射率为0.89,隔热效果明显,其平衡温度较空白样低9.8℃,具有一定的实际应用价值。     

彩色复合型反射隔热涂层的制备及性能

将空心微珠和二氧化钛为填料的涂层做底层,反射型颜料的涂层做表层,制备了阻隔-反射彩色复合型反射隔热涂层。采用紫外/可见/近红外分光光度计、红外发射率仪、精密色差仪和扫描电子显微镜对涂层性能进行表征,自制隔热性能测试装置考察涂层的隔热性能。结果表明,采用复合型涂层结构可显著提高涂层的太阳光反射比和隔热性能,铬绿、群青和铁铬黑颜料掺量分别为20%、20%和10%时,复合涂层的太阳光反射比较高,可达0.646 1、0.602 1和0.539 8,比相同颜料掺量的表层高40.82%、31.03%和58.67%,隔热性能比相同颜料掺量的表层高2.5、1.9和2.8℃,其主要应用性能符合相关标准。     

光谱选择性散热涂层的制备及性能

分别用钴蓝和群青这两种蓝色颜料,制备了以苯丙乳液为成膜物质的光谱选择性散热涂层,采用紫外/可见/近红外分光光度计和红外辐射率测量仪考察了颜料种类及其用量对涂层性能的影响。通过自制装置测试了涂层的隔热性能及箱体中心的辐射热流。结果表明:群青涂层的隔热性能更好,在最优掺量均为5%的情况下,相比钴蓝涂层,其全波段平均反射比高14.91个百分点,平衡温度低2.3℃,辐射热流多降低了0.45个百分点。     

3种黄色颜料对太阳热反射隔热涂层性能的影响

分别以冷颜料(钛铬黄和镍钛黄)和传统颜料(铁黄)制备了太阳热反射隔热涂层,探究了颜料晶体结构和光学性能对涂层性能的影响。采用X射线衍射仪、紫外/可见/近红外分光光度计、红外辐射率测量仪和精密色差仪表征了颜料和涂层的晶体结构、反射比、半球发射率和明度,采用红外灯模拟太阳热源测试了涂层的隔热性能。结果表明:与传统铁黄相比,黄色冷颜料由于晶体缺陷较少而具有更优异的反射性能。镍钛黄颜料所制涂层的隔热性能最佳。铁黄颜料晶体缺陷最多,导致其近红外反射比最低,所制涂层的隔热性能最差。3种涂层的半球发射率均在0.90以上,差别很小,具有较好的辐射散热性能。     

钛铬棕包覆空心玻璃微珠复合颜料的制备及性能

将空心玻璃微珠与微纳粒径的钛铬棕颜料水浆混合后在650°C烧结,制备了可作为彩色凉颜料的核壳型结构钛铬棕包覆空心玻璃微珠。用激光粒度仪测试了水浆中钛铬棕的粒度分布。用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪表征了钛铬棕包覆玻璃微珠的形貌、结构和元素组成。分别以该包覆玻璃微珠、纯玻璃微珠和颜料-玻璃微珠机械混合物为填料,与有机硅树脂制备成复合涂层。用紫外/可见/近红外分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪测试了它们的热反射性能。结果显示,钛铬棕包覆在空心玻璃微珠表面,形成了厚500~1 500 nm的壳层。由钛铬棕包覆空心玻璃微珠制成的涂层的性能最好,在630~860 nm波长范围内的整体太阳光热反射比性能第二好的机械混合涂层高出10~14个百分点。     

硅粉对钛镍黄有机硅涂层热反射性能的影响

为探索制备低明度热反射颜料的方法,选取不同粒径的硅粉与钛镍黄(Ti Ni Y)混合,再将混合颜料按一定的比例与有机硅树脂混合,制得建筑节能涂料。考察了硅粉粒径及其与钛镍黄的配比对涂层颜色及热反射性能的影响,利用X射线衍射仪、扫描电镜、色差仪和紫外/可见光/近红外分光光度计表征了原料的相组成及形貌,以及涂层的Lab色空间值和太阳光反射率。随着硅粉粒径减小,纯硅粉涂层的明度和太阳光反射率均逐渐升高,而混合颜料涂层的明度和太阳光反射率反而降低;随着硅粉含量增加,涂层的明度持续降低,但太阳光反射率下降到一定程度后不再降低。由某市售白色隔热底层(厚1.00 mm)与Ti Ni Y–Si混合颜料涂层(厚0.05 mm)组成的双层结构涂层的近红外反射率由Ti Ni Y–Si混合颜料单层涂层(厚1.00 mm)的42.41%升高到47.93%。可见硅粉能在降低钛镍黄涂层明度的同时,使反射率保持在一个较高的水平,而采用双层热反射涂层结构既可获得低明度,又能维持一定的热反射能力。     

灰色颜料的配制及其太阳热反射性能的影响因素分析

基于三原色混色机理将不同的红、黄、蓝颜料混合,配制出不同的灰色颜料,并与纯丙乳液混合制成太阳热反射涂料。利用色差仪和紫外/可见/近红外分光光度计测试涂层的色空间值L*、a*、b*与太阳热反射率,考察了颜料组分、用量以及添加第二相粒子对涂层太阳热反射性能的影响。结果表明,类似色度下,着色力高的氧化铁红、钛铬棕的用量比着色力低的锆铁红、镨黄少;铁铬黑、钴黑这2种无机黑降低涂层明度的同时会严重减弱反射率。为获得反射率较高、明度较低的涂层,使用的颜料需折射率和反射率均较高且明度较低。     

纳米反射/辐射隔热涂料的制备及其性能

对以纳米二氧化钛为反射隔热层,纳米二氧化硅/碳纳米管为辐射的隔热层,氟碳树脂为基体的双层复合隔热涂层性能进行研究。通过改变涂层配方,探究了填料配比对隔热、反射率、半球辐射率等性能的影响。结果表明,以25%二氧化钛为反射顶层,6%纳米二氧化硅和0.6%碳纳米管为辐射底层可达到较好的降温效果,温差为22.1℃,此时太阳反射率为83.09%,近红外反射率为78.01%,半球发射率为0.93。不同类型隔热填料之间具有协同作用,将其复配使用,可赋予涂层更加优异的隔热效果。     

硬硅钙石复合隔热涂料制备与隔热性能测试

以硬硅钙石作阻隔型填料,以金红石型二氧化钛和中空玻璃微珠为反射型功能填料,制备建筑外墙隔热涂料。研究了单掺硬硅钙石、金红石型二氧化钛、中空玻璃微珠以及复合添加3种填料对涂层隔热性能的影响。结果表明:单掺硬硅钙石、金红石型二氧化钛或中空玻璃微珠均可提高涂层隔热性能,硬硅钙石的适宜掺量为9%,金红石型二氧化钛的适宜掺量为30%,空心玻璃微珠的适宜掺量为20%;复合掺入硬硅钙石、金红石型二氧化钛和空心玻璃微珠可进一步提高涂层隔热性能,掺量为9%、30%和15%时,涂层的热反射率可达93.69%。按建筑行业标准JG/T235—2008《建筑反射隔热涂料》进行检测,涂料对波长为250～2 500 nm范围内的太阳反射比为0.85,半球发射率为0.87,隔热温差为13℃,符合标准要求;空心玻璃微珠、二氧化钛和硬硅钙石复合掺入后,发挥协同作用,能更加有效地提高涂层的隔热性能。     

无机反射隔热颜料的制备及性能研究

采用焙烧法制备了4种无机反射隔热颜料钛铬黄、铬绿、钴蓝和铁黑,通过X射线衍射技术（XRD）、激光粒径粒度分析仪、紫外-可见-近红外分光光度计等对颜料进行了表征。最后将制得的颜料制备成涂料与普通颜料进行隔热性能对比测试。结果表明,所制颜料具有优异的太阳光反射性能,TSR值可达30％-67％;应用在涂料中可有效提高涂料自身的反射隔热性能,相对普通颜料,温度可降低6～30℃,节约能耗15％～40％。     

面漆对镍钛黄建筑节能涂层性能的影响

将镍钛黄颜料与苯丙乳液混合制备了建筑节能涂层,并涂覆上硅溶胶和苯丙乳液制备的面漆。采用紫外/可见/近红外分光光度计、接触角测量仪、红外辐射率测量仪、精密色差仪和氙灯老化箱探究了不同硅溶胶添加量所制面漆对建筑节能涂层性能的影响。结果表明,涂覆面漆不会改变建筑节能涂层的外观,而且硅溶胶与苯丙乳液比例适当的面漆有助于提高其性能。当硅溶胶与苯丙乳液的质量比为2:1时,涂层体系的太阳光反射比、水接触角、附着力、铅笔硬度、柔韧性和冲击强度分别为0.784 5、120.3°、6.54 MPa、3H、4 mm和65 kg·cm,耐沾污性、耐老化性和耐水性明显提高。     

提高灰色涂层红外反射率的方法研究

以水性纯丙乳液为成膜物质,红外反射颜料为主要颜料,分别以有机颜料、无机颜料、冷颜料相互组合,利用补色调色原理调配相同色相的灰色,重点研究了涂层在近红外区的反射率。结果表明,利用补色原理,使用红外反射颜料和有机颜料或者红外反射颜料和无机颜料,调配的灰色涂层在红外区反射率明显提高。能够达到JG/T 235-2014《建筑反射隔热涂料》中对于中明度涂层(40L*80)在红外光区的太阳光反射率大于L*/100要求。     

绿色红外反射颜料NiZnTiO_4的制备及其隔热性能研究

以四氯化钛、硫酸镍和氯化锌为原料,采用共沉淀法制备了绿色NiZnTiO_4近红外反射颜料。利用热分析、X射线粉末衍射(XRD)、紫外-可见-近红外分光光度计、高分辨率透射电镜等技术对所制得的材料进行了分析与表征。结果表明,绿色NiZnTiO_4颜料具有单一相的反尖晶石结构,粒径300 nm左右,近红外反射率为55%,禁带宽度为2.7 eV,并且具有较好的耐酸性。然后将NiZnTiO_4加入到硅丙乳液中,研究其在涂料中的隔热性能。结果表明,相比于普通铁绿颜料,NiZnTiO_4颜料具有良好的隔热性能,NiZnTiO_4制备的涂层下表面温度比普通铁绿颜料低3.2℃。     

绿色红外反射颜料NiZnTiO_4的制备及其隔热性能研究

以四氯化钛、硫酸镍和氯化锌为原料,采用共沉淀法制备了绿色NiZnTiO_4近红外反射颜料。利用热分析、X射线粉末衍射(XRD)、紫外-可见-近红外分光光度计、高分辨率透射电镜等技术对所制得的材料进行了分析与表征。结果表明,绿色NiZnTiO_4颜料具有单一相的反尖晶石结构,粒径300 nm左右,近红外反射率为55%,禁带宽度为2.7 eV,并且具有较好的耐酸性。然后将NiZnTiO_4加入到硅丙乳液中,研究其在涂料中的隔热性能。结果表明,相比于普通铁绿颜料,NiZnTiO_4颜料具有良好的隔热性能,NiZnTiO_4制备的涂层下表面温度比普通铁绿颜料低3.2℃。     

复合型反射隔热涂料的制备与性能研究

采用红外高反射率的空心玻璃珠(BLZ)和彩色空心陶瓷珠(TCZ)制备得到复合型建筑反射隔热涂料,研究了功能性填料、乳液、颜填料及颜填料粒径配比对涂料隔热效果及耐沾污性能的影响。试验结果表明,成膜物质种类的差异对涂料隔热性能的影响较小,当纯丙乳液含量为40%时,隔热温差为14.6℃;二氧化钛能有效提高涂层反射隔热性能,采用20%的二氧化钛添加量能使隔热温差达到15℃左右;填料含量为12%时,具有良好的隔热增强效果,隔热温差为14.6℃;当m(BLZ)/m(TCZ)=1:1时,涂层隔热温差为16.5℃;耐沾污测试表明,当采用纯丙乳液,钛白、硅藻土和滑石粉比例为5:1:1,m(BLZ)/m(TCZ)=2:1时,具有良好的耐沾污性能。     

钛铬棕在聚丙烯阻燃色母粒中的应用

使用钛铬棕和膨胀型阻燃剂制备了聚丙烯阻燃色母粒,并研究了钛铬棕对聚丙烯阻燃和色彩性能的影响。结果表明:钛铬棕替代部分阻燃剂所得母粒添加到制品中,当钛铬棕质量分数为1.33%时LOI达34.3%,且UL-94测试为V-0级。热失重分析表明:少量钛铬棕可促进体系成炭并提高制品热氧稳定性,当制品中钛铬棕质量分数为2.00%时,残炭量提高了61.95%。同时反射率曲线表明:钛铬棕赋予了制品红黄色彩,并对制品的着色性能良好。     

多色系彩色反射隔热涂料的涂层设计及颜料选择

目前市面上的反射隔热涂料多以白色系为主,色调单一,耐沾污性差,反射性能在污染后快速下降;同时,对彩色反射涂料的性能评估亦缺乏足够的实验工作。为此,研究设计了采用钛白-空心玻璃微珠体系为底层,无机混相颜料-辐射粉体系为面层的双层反射隔热涂层结构。经测试,白色底漆可有效提高涂层体系的近红外反射率,玻璃微珠的底层配置可使涂层体系获得更加优良的耐沾污性能;并对市售易得的无机混相颜料进行了评估;对反射隔热涂料进行了调色并对制备的涂层进行了光谱分析;对于价格高昂但反射率不太理想的部分色彩进行复合调配,优化了产品性能并降低材料成本。