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环氧改性纯丙乳液反射隔热涂料研制
发布时间: 2014-03-15
  通过物理共混工艺,利用环氧树脂对纯丙乳液进行改性。经单因素实验,确定了环氧树脂的最佳加入量,制得了水分散性乳液。以此改性乳液为基料,空心玻璃微珠为功能填料,辅以其他颜填料及助剂,制备了反射率达82%,导热系数为0•06W/(m•K)的反射隔热水性涂料,并对其基本性能进行了测试。
  关键词:环氧树脂;共混改性;纯丙乳液;空心玻璃微珠;反射隔热涂料
  中图分类号:TQ630•7文献标识码:A文章编号:0253-4312(2009)10-0046-03
  0、引言
  反射隔热涂料是近年来开发的一种新型保温材料,其导热系数低、热反射率高,能有效地降低辐射传热及热传导,起到隔热保温的作用。保温涂料综合了涂料及保温材料的双重特点,干燥后形成具有一定强度及弹性的保温层,保温效果显著,且较一般保温材料便宜。
  反射隔热涂料由基料、颜填料及助剂组成。成膜后必须有极好的耐水性、抗渗性、耐候性、柔韧性及与基层好的粘接强度等,这些主要取决于基料的性能。目前,纯丙乳液因其稳定性高、光泽、流变性和耐候性好等优点,在涂料领域的应用比较广泛,但涂膜干燥后耐水性欠佳、热粘冷脆、抗回粘性差、耐热性不佳等,使其应用受到一定的限制。本文通过物理共混工艺,利用环氧树脂优良的耐水性、耐腐蚀性和耐热性的优点对纯丙乳液进行改性,制得了具有二者共同优点的水分散性乳液。并以此乳液为基料,加入功能填料空心玻璃微珠,制得了一种性能优良的反射隔热涂料。
  1、实验部分
  1.1、实验材料
  纯丙乳液:南通生达化工公司;环氧树脂E-44:三雄化工厂;辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、十二烷基硫酸钠(SDS):天津福晨化学试剂厂;空心玻璃微珠(300目):四川天行健微珠纳米材料有限公司;滑石粉、轻质碳酸钙:均为600目,滁州格锐矿业有限责任公司;成膜助剂(Texanol)OE300:美国伊士曼化学公司;分散剂5040、润湿剂EC-4500、消泡剂XBE2000、增稠剂ASE-60:北京金源恒泰精细化工有限公司。
  1..2、仪器设备
  精密增力电动搅拌器;电热恒温水浴锅;电热鼓风干燥箱;电子天平;反射率测试装置(自制);DRM-1型导热系数测定仪;300目筛等。
  1.3、环氧共混改性纯丙乳液的制备
  1.3.1、配方设计
  表1为环氧改性纯丙乳液配方。


  按照表1所示的实验配方,在烧杯中加入一定量的水、环氧树脂E-44,适量m(OP-10)∶m(SDS)=1•35的复合乳化剂帮助分散,高速搅拌均匀,复合乳化剂的加入量在2%~3%;然后,加入纯丙乳液,中速搅拌均匀;最后,调节pH8~9,即得改性水分散型乳液样品。
1.3.2、性能测试
  本文以乳液固化膜的耐盐水性和乳液的贮存稳定性为主要参考指标。测试方法:将涂膜样板2/3浸入温度为25℃的NaCl溶液中,以一定的时间间隔取出样板,用自来水洗除盐迹,并用滤纸吸干。观察漆膜有无剥落、起皱、变色和失光等现象。为避免偶然因素,每个样品涂3块板检测,以2块样板一致为准。氯化钠水溶液实验1次更换1次。对样板边缘约5mm的涂层区域,评定时不计。
  1.4、涂料的制备
  按照表2所示的涂料配方,先将水、润湿剂、分散剂、增稠剂、1/4量消泡剂混合,搅拌均匀。然后加入成膜助剂、滑石粉和轻质碳酸钙,高速搅拌均匀。再将空心玻璃珠、乳液、剩余消泡剂加入混合料浆中,低速搅拌均匀后,用氨水调样品至pH为8~9即可。


  其中空心玻璃微珠的加入量通过单因素实验来确定,涂料中空心玻璃微珠加入量设计见表3。由于涂料中的颜填料加入量不宜超过涂料总量的40%,其他填料的加入量和比例,参考空心玻璃微珠加入量及涂料的相关性能要求加以调节。


  用如图1所示的装置进行涂料反射率的测定。


  将涂料涂在150mm×70mm×0•5mm的钢板样板上,置于烘箱中,于(105±5)℃恒温下烘烤2~3h。调节室温为28•8℃;将两块喷涂黑磁漆的样板相距50mm平行放在聚苯乙烯泡沫上,涂漆的一面朝上,其中心放在灯泡下;调节灯泡和样板之间的距离,使两块样板在30min内达到平衡温度87•8℃;然后立即撤走一块黑样板,换上一块待测热反射漆板;15min后,记录平衡时反射漆样板的温度,然后按式(1)计算涂料的热反射率:
  ρ=(t黑板-t实测)/(t实测-t室温)=(t黑板-tx)/(tx-t室温)式(1)
  式中:ρ为热反射率;t室温为当时室温,一般固定为28•8℃;t黑板为标准黑板温度,一般为87•8℃;tx为实测的试板的温度。
  2、结果与讨论
  2.1、E-44含量对贮存稳定性的影响
  环氧改性纯丙乳液固化膜耐盐水和乳液贮存稳定性的实验结果如表4所示。
  由表4可以发现,随着共混乳液中E-44含量的增加,乳液固化膜的耐盐水性增强,但其乳液的贮存稳定性却大大下降,说明两种聚合物的相容性不是很好,虽然加入了复合型乳化剂增加其稳定性,但还是有所局限。所以选择7号乳液改性配方,配制环氧共混改性纯丙乳液,作为后续涂料制备的基料。
  2.2、空心玻璃微珠含量对热反射率的影响
  空心玻璃微珠含量对涂料热反射率的影响如图2所示。由图2可见,随着空心玻璃微珠含量的增加,涂料的反射率逐渐上升,在含量为25%左右时达到最大,此时反射率为82%。随着空心玻珠含量的继续增加,反射率不升反降。这是因为空心微珠导热系数只有0•03~0•07W/(m•K),是所有无机非金属材料中最小的。另外其堆积密度小,约为100~200kg/m3,随着空心微珠用量的增加,涂膜层密度减小,反射率粒子增多,隔热性能相应提高,反射率增大。但是,如果用量过多时,由于空心玻璃珠和水的表面张力很大,不容易互相混合,空心玻璃珠易上浮在表面形成结膜,反而降低了反射率。因此,空心玻璃珠的含量以25%较为适宜。



  2.3、涂料的基本性能。
  涂料及涂膜的基本性能见表5。


  2.4、环氧树脂的改性作用
  两种聚合物进行共混,在共混聚合物中不同的组分之间借各种分子间作用力,包括范德华力、偶极力或氢键,或由于主链相互缠绕而达到相互分散,交融一体。本文就是以此为依据,丙烯酸酯类乳液涂料具有良好的装饰性,漆膜光亮丰满,保光保色性、耐候性优良,但其耐水性欠缺、热粘冷脆、抗回粘性差、耐热性不佳,环氧树脂结构中的醚键具有优良的耐水性,羟基发挥强的粘结作用,而苯环具有耐腐蚀性与耐热性好的作用的同时还有高的硬度。所以二者具有很好的相互补充性。经共混可达到改性的目的。
  2.5、空心玻璃微珠的反射隔热作用
  热量传递的方式分为热传导、热对流、热辐射三类,因而保温隔热涂料的研发主要以减少这三类传热为核心。空心玻璃微珠具有质轻、绝热、隔音、热稳定性好、耐腐蚀、特殊的光学性能等优点,且其为球形,当光进入涂层后,将被微珠散射,这种散射是全方位的,光线在涂层中弯曲程度变大,所以入射进涂层的光线经过的路径长度变长,而且不能深入。因此,由它制成的涂料,当受到太阳光辐照时,将首先反射太阳热,同时由于空心微珠为密闭球体,导热系数较低,减少热传导;在涂层中会形成很多微观的独立绝热腔体,当热流遇到空心微珠时将出现分流,热流在涂层中传递路径变得复杂化,导致涂层的传热性能下降,有效降低辐射传热和对流传热,从而阻隔热量传递,大大提高涂膜对热的绝缘性。总之,涂料中加入这种功能填料,可以有效降低导热系数,增强反射率,提高涂料多方面的性能。
  3、结语
  (1)通过共混的简单工艺,用环氧树脂对纯丙乳液进行改性,可以制得性能较好的水分散性乳液,且环氧树脂的加入量在15%,较为适宜。
  (2)以共混的环氧改性纯丙乳液为基料,空心玻璃微珠为功能填料可以制得性能较好的热反射隔热涂料,且空心玻璃微珠的含量在25%左右时,反射率最大达82%,此时导热系数为0•06W/(m•K)。该涂料的性能检测显示,可以用于建筑外墙节能涂料。
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