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在炎热的夏季,人们采用喷淋装置、空调、冷气机和电风扇等设备来降温制冷,这些设备所消耗的能源占全年的30%~40%左右,并且由于温室效应的影响,造成全球气候日益变暖,进一步导致建筑业能源的消耗越来越高,因此建筑的节能降耗显得格外重要。研制水性建筑外墙反射隔热涂料,将该涂料应用于建筑物表面,能有效地降低建筑物表面的温度和室内温度,能改善室内居住环境并节约能源,有较大的经济效益、环境效益和社会效益。
本论文在查阅大量文献的基础上,拟定了配制高反射隔热外墙涂料的实验方案,工艺过程,并参照美国军方标准MIL-E-46136和郭年华提出的反射性能检测装置,自制了反射隔热性能检测装置。通过实验选择水性苯丙乳液为成膜基料,金红石型二氧化钛为反射颜料,研究了硅烷偶联剂用量、pH值、温度等因素对二氧化钛表面改性的影响,提高反射隔热效果;通过实验选择了白云母和高岭土做填料并确定了与二氧化钛复合的最佳配比;最后通过正交实验确定了金红石型二氧化钛、空心玻璃微珠、白云母和高岭土之间的最佳配比并制成涂料,测试结果表明,实验所研制的涂料具有较好的反射隔热效果。主要结论如下:
(1)试验研究了弹性乳液、苯丙乳液和硅丙乳液对反射隔热效果的影响,实验结果表明,乳液的种类对反射隔热性能有一定的影响,选择反射隔热效果较好而成本相对较低的苯丙乳液做反射隔热涂料的基料。
(2)对常用的填料进行了筛选,选择金红石型二氧化钛做反射颜料,并用硅烷偶联剂WD-20对二氧化钛进行改性,研究了偶联剂用量、pH值、温度等因素对二氧化钛表面改性的影响,并采用分光光度计测试、粒径测试和分散性分析等手段表征了对二氧化钛改性的效果,实验结果表明当硅烷偶联剂用量为10%、pH值为10、温度为50℃时,二氧化钛的表面改性效果最好,改性后的二氧化钛平均粒径要比改性前小,并且分散性和稳定性增强。将改性后的二氧化钛应用于反射涂料中,通过反射性和隔热性的测试结果表明,用改性后二氧化钛制备的涂料反射性有较大提高,并且隔热效果提高了1~2℃。
(3)通过研究重钙、白云母、高岭土和珍珠岩几种填料分别与固定含量的金红石二氧化钛复合对反射隔热性能的影响,得出重钙的隔热性能不佳,选用白云母、高岭土和膨胀珍珠岩作填料。
(4)在PVC为30%的条件下,将二氧化钛分别与白云母、高岭土和膨胀珍珠岩按不同的质量比复合,实验结果表明,二氧化钛与白云母、高岭土和膨胀珍珠岩复合的最佳配比分别是1:1、3:1和4:1。由于金红石型二氧化钛的成本相对于白云母、高岭土和膨胀珍珠岩较高,并且膨胀珍珠岩与二氧化钛复合时需要的二氧化钛最多,考虑到节约成本的原则,最后选择白云母、和高岭土做填料。
(5)选用空心玻璃微珠作功能填料,在二氧化钛和乳液最佳配比的质量条件下,改变空心玻璃微珠的含量并制备成涂料,结果表明,当空心玻璃微珠占颜填料质量分数为17%~23%时,试板的平衡温度最低,比不含空心玻璃微珠的试板要低2~3℃。
(6)通过正交实验确定了金红石型二氧化钛、空心玻璃微珠、白云母和高岭土之间的最佳配比为6:2:1.5:1.5,确定了复合配方的PVC为40%,将复合配方制备成高反射隔热涂料,并与市售的普通外墙涂料和隔热外墙涂料进行对比,实验结果表明,研制的涂料的反射隔热效果要明显优于市售涂料,其试板测试的平衡温度比普通外墙涂料低3~4℃,比隔热涂料低1~2℃。