影响建筑反射隔热涂料隔热性能因素的研究

林美

（福建省建筑科学研究院，福建省绿色建筑技术重点试验室，福建 福州 350025）

影响建筑反射隔热涂料隔热性能因素的研究

林美

（福建省建筑科学研究院，福建省绿色建筑技术重点试验室，福建 福州 350025）

从涂料的主要成分合成树脂乳液、填料和颜料等因素分析和讨论其对隔热涂料隔热性能的影响，提出颜料对建筑反射隔热涂料的太阳光反射比的影响最为显著，功能填料的影响次之，树脂影响最小（特种树脂除外）；同时分析了不同填料的红外反射效果，提出热反射隔热粉填料对提高涂料的近红外反射比的贡献明显，在彩色涂料中添加热反射粉填料，可以明显提高涂料的隔热效果。

建筑反射隔热涂料；功能填料；颜料；太阳光反射比；中空玻璃微珠

建筑反射隔热涂料是由合成树脂乳液、填料、颜料、助剂等组成的薄质涂料，根据性能要求有时略有变化，它广泛应用在建筑围护结构的外表面起到隔热的作用。建筑物的传热大多是以辐射、对流、导热3种方式综合作用的结果，建筑反射隔热涂料的外表面状态及厚度决定了它对对流换热和传导阻热的效果微乎其微，其主要表现为对辐射换热的影响，依靠其较高的太阳光反射比，反射了相当部分的太阳辐射热，在夏季起到节约空调能耗的作用；但在冬季，则反而可能增加采暖能耗[1-2]。

本文从涂料的主要成分合成树脂乳液、填料和颜料等因素分析和讨论了其对隔热涂料隔热性能的影响，同时又重点讨论不同的功能填料在近红外部分反射比的差异引起隔热效果不同，这些研究成果对生产企业正确认识建筑反射隔热涂料的隔热效果及优化隔热涂料的配方设计具有很现实的指导意义。

1 试验

1.1 主要原材料

乳液：纯丙乳液，纯丙2800，国民淀粉；纯丙乳液，YS8430，北京百利川；硅丙乳液，SB45N，德国巴斯夫。填料：重钙，800目，梨树鑫隆；S-2热反射粉，杭州；803-HT热反射粉，上海；空心玻璃微珠，3M公司；金红石钛白粉，R-1型，日本；钛白粉，CR808，美国杜邦；沉淀硫酸钡，800目；超细硫酸钡，1250目；超细滑石粉，1250目，海城他山；云母粉，325目；颜料：金红石钛白，R706；福禄红，V13810；透明铁兰，CSE-501w。

1.2 试验仪器

高速分散机，SDF400，上海众托实业有限公司；便携式太阳光谱反仪，AvaSR-96，美国；傅立叶变换红外光谱仪，NICO－LET380FT-IR，美国；扫描电子显微镜，S-3400N型，日本；建筑材料热流计式导热仪，JTRG-3；扫描电子显微镜，JSM-5610LV，日本。

1.3 涂料的基础配方（见表1）

表1 涂料的基础配方

1.4试验方案设计

1.4.1 原材料的正交试验

确定3种乳液、功能填料和颜料，按照L9（34）正交表安排，进行9次配方试验组合，可以确定出最优的涂料配方，正交试验因素与水平如表2所示。反射隔热涂料性能按照JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》要求进行测试。

表2 正交试验因素与水平

1.4.2 功能填料的对比试验

选择了几种常规粉体颜填料，通过傅立叶变换红外光谱仪测试在可见光和近红外波段（300～2500 nm波段）的反射率，测试结果见图1。同时选用2种典型的功能填料（803-HT热反射粉和中空玻璃微珠）制备反射隔热涂料，803-HT热反射粉和中空玻璃微珠的扫描电镜照片见图2。依据表1的引导性配方进行配料，考核指标为太阳光反射比、近红外反射比和导热系数。在表1基础配方的基础上进行涂料配方设计，其中主要材料的配方如表3所示。

图1 填料的红外反射光谱

图2 803-HT热反射粉和中空玻璃微珠的扫描电镜照片

表3 主要原材料配方设计kg

2 试验结果与分析

2.1 原材料正交试验

表4为按照正交试验方案（见表2）配制成的9种涂料的试验结果，图3为9种彩色涂料试板照片。

表4 原材料正交试验L9（34）设计及试验结果分析

从表4可以看出：（1）1＃、6＃和8＃试件的太阳光反射比均符合JG/T 235—2014标准中高明度产品的指标要求，其它的试件达到中明度指标的要求；（2）颜料的极差R最大，其次是功能填料，乳液的极差最小，故可知颜料对建筑反射隔热涂料太阳光反射比的影响最为显著，乳液对建筑反射隔热涂料的太阳光反射比的影响最小；（3）根据极差分析，最佳原材料条件为：乳液为纯丙YS8430，功能填料为803-HT热反射粉，颜料为钛白R-1型。

反射太阳光的强弱主要用物质的折射率表征，折射率越大，对太阳光的反射能力越强。常用涂料成膜物质的有机树脂的折射率为1.45～1.50[3]，因此选择不同的有机树脂，涂层的太阳光热反射效果不会发生显著变化，对于树脂只要求其透明度高，对太阳光的吸收率低。

颜料因色相对太阳光具有不同的反射效果，一般颜色越浅，反射率越高，如白色在可见光波段可达到高于90%的反射；反之颜色越深，则反射率越低（碳黑在可见光波段反射率仅为2%～5%）。紫外线的穿透性很强，所有颜料往往在该波段（占5%太阳能量）几乎不反射，而大部分太阳光能量集中于可见光（占43%太阳能量）及近红外波段。建筑反射隔热涂料的反射率主要取决于涂料中颜料、填料的光学属性，涂料中的颜料主要以散射为主，颜料的折射率和树脂的折射率的比值即为颜料对日光的散射能力，这个值相差越大，对太阳光的反射能力越强。金红石钛白粉折射率为2.76[3]，作为强散射，弱吸收，稳定，惰性，无毒且价格相对适中的颜料，已被大量运用于涂料颜料中，在可得的白色颜料中，其在可见光区域拥有最高的折光指数与最强的光散射性，因此采用金红石型钛白R-1型的涂料制备的1＃、6＃和8＃试件测试的太阳光反射比分别为0.8438、0.8968和0.9051，均大于其它颜料（福禄红和透明铁兰）制备的涂料试件。当然颜料的品种及粒径对涂层的热反射能力也起着很大的作用，一般来说，所选颜料的粒径为入射光波长的1/2，那么它的反射效果是最佳的，根据这个规律，一般粒径在0.2～0.36 μm[4-5]。

从表4还可以看出，当采用相同的颜料配制反射涂料时，采用功能性填料热反射粉，可以有效提高涂料的太阳光反射比，如1＃试件的太阳光反射比小于6＃试件的太阳光反射比，1＃试件的太阳光反射比小于8＃试件的太阳光反射比。热反射粉是通过反射太阳红外波段，不让太阳的热量在物体表面累积升温，再通过自身进行热量辐射散热降温。本次试验采用福禄红、透明铁兰2种颜料配制成的彩色涂料制成的试件如2＃、3＃试件的太阳光反射比均符合JG/T 235—2014标准要求，因此在彩色涂料中添加入热反射粉功能填料，有效提高近红外区的反射比，提高隔热效果，不失为一种科学有效的配方之一，同时弥补了浅色涂料无法满足人类审美的不足，加强高红外反射率的热反射粉的研制就具有很积极的意义。

图3 彩色涂料试板照片

2.2 填料对比试验

从图1可以看出，不同的填料在300～2500 nm波段反射率区别较大，803-HT热反射粉在近红外波段表现出较高的反射率，甚至优于钛白粉系列的红外反射率，3M空心玻璃微珠反射率最低。因此配制隔热涂料应综合考虑填料的光学属性。

表5为按表3设计配方选用2种反射率差异较大的填料即803-HT热反射粉和中空玻璃微珠制成的涂料隔热性能测试结果。

表5 涂层隔热性能测试结果

从表5可以看出，掺有中空玻璃微珠的涂料太阳光反射比和近红外反射比均低于掺有热反射粉的涂料，但掺有中空玻璃微珠的涂料导热系数较低。中空玻璃微珠在近红外波段的反射率均低于热反射粉的反射率。热反射粉是以红外波原理加工成的高折射率填料，它既有对太阳光的高反射功能，也有对吸收热的发射功能。803-HT热反射粉是由纳米级酞酸酯与纳米级累托粉提出物和复合体经特殊的加工工艺配制而成，由于有亲水性基团对它进行了表面包覆，这种复合物对阳光中的红外及远红外波段具有非常高反射率。中空玻璃微珠在760～2500 nm波段的也会有红外反射率，但是低于钛白粉系列和热反射粉。同时，掺有中空玻璃微珠的涂料导热系数较低。图3的扫描电镜照片显示，中空玻璃微珠颗粒表面光滑且为封闭的微小球体，中空玻璃微珠由含硅、铝等元素氧化物材料经特殊工艺制成的薄壁、该球体内部包裹一定量的气体，因此具有密度小、质轻、导热系数低等优点，它可以以填料的方式直接加入涂料体系中，使涂料固化后涂膜具有隔热效果，它的隔热作用主要是通过涂膜对热辐射的阻隔作用，可有效延缓热能传递，阻隔大气及涂层表面热量外部热量向建筑内部传导，因此它的导热系数低于掺有热反射粉的涂料，导热系数越低，隔热效果越明显；同时中空玻璃微珠的粒径一般较大，涂料涂层较粗表面平整度差，也会影响太阳光反射比和近红外反射比的测试结果，因此近红外反射比和太阳光反射比测试结果略低。对于掺有中空玻璃微珠的涂料，其隔热效果是反射和阻隔综合效果。

3 结语

通过对反射隔热涂料组成成分的分析，得出其隔热性能与涂料成分密切相关，其中颜料对建筑反射隔热涂料的太阳光反射比的影响最为显著，功能填料的影响次之，树脂影响最小（特种树脂除外）。通过对不同填料红外反射率光谱图的分析，分析了不同填料的红外反射效果，以及通过对掺有热反射粉和中空玻璃微珠涂层隔热性能的研究，提出热反射粉填料对提高涂料的近红外反射比的贡献明显，同时提出对中空玻璃微珠类的涂料应综合考虑其阻隔和反射带来的隔热效果。

[1]徐永祥，李运德，师华，等．太阳热反射隔热涂料研究进展[J]．涂料工业，2010，40（1）：70-73．

[2]林美.热反射涂料隔热计算的研究[J].新型建筑材料，2015（4）30-32.

[3]涂料工艺编委会.涂料工艺[M].北京：化学工业出版社，2000.

[4]程明，吉静，常雨鑫.热反射颜填料对建筑节能涂料的影响[J].北京化工大学学报：自然科学版，2009，36（1）：50-54.

[5]王晓莉，孟赟，杨胜.颜料对水性反射隔热涂料性能的影响[J].新型建筑材料，2010（11）：86-89.

Study on the factors affecting the thermal insulation performance of architectural reflective thermal insulation coating

LIN Mei
（Fujian Provincial Key Laboratory of Green Building Technology，Fujian Academy of Building Research，Fuzhou 350025，China）

Analyzes from the main components of paint，including resin，fillers and toner，and discusses the influence on the performanceofheatinsulationcoating，proposedtonerhasthemostsignificanteffectonthesunlightreflectionratioof architectural reflective thermal insulation coating，the effect of functional filler takes the second place，resin is the minimum（except for special resin），and analyzes the infrared reflection effect of different fillers，puts forward that the heat reflective powder filler coating has markedly contribution in increasing the near infrared reflectance，the adding of heat reflective powder filler into the color coatingcan significantly improve the coating thermal insulation effect.

architectural reflective thermal insulation coating，functional filler，toner，total solar reflectance，hollow glass beads

TU56+1.69

A

1001-702X（2016）09-0066-03

2016-03-30；

2016-05-13

林美，女，1977年生，福建福州人，高级工程师。