1 前言
目前，我國的建筑節能水平遠遠落后與發達國家，建筑的單位面積能耗是國際上氣候條件相近的發達國家的2-3倍。現代建筑大量使用彩鋼板、鋁合金建筑型材、鋁合金工業型材用于屋頂、建筑門窗、玻璃幕墻等眾多結構部件，目前使用的涂料不具備隔熱保溫功能，在夏天或者冬天造成使用空間溫度過高或者過低，往往會為維持較舒適的環境消耗大量的能源，節能效益極低，非常有必要開發隔熱保溫材料提高這些使用空間的節能效率。在面對各種保溫隔熱材料的選擇中，建筑隔熱保溫涂料因經濟、使用方便和隔熱效果好等優點而越來越受到人們的青睞，運用隔熱保溫涂料進行涂裝是目前各國重點推廣的節能方法，發展前景十分廣闊。隔熱涂料一般可分為阻隔型、反射型、輻射型隔熱涂料。
本項目針對目前隔熱保溫涂料的隔熱性能與綜合性能難以同時達到最佳的技術難題，以在鋁材行業使用普遍，耐候性好的氟碳涂料為基礎，對隔熱保溫涂料的隔熱關鍵技術進行攻關，研究隔熱效果優與涂料綜合性能佳的高性能隔熱保溫涂料制備技術。
2 研究內容
2.1 隔熱功能原理
建筑物的傳熱并非以某一種傳熱方式單獨進行，而大多是導熱、對流、輻射三種方式綜合作用的結果。根據隔熱涂料的隔熱機理和隔熱方式不同，將其分為輻射型、阻隔型、反射型三種。實際上，隔熱效果最佳的隔熱涂料，應該是在陽光照射下具有全面協同的光譜特征和阻止熱傳遞功能并主動向外釋放能量降溫。
2.2 隔熱功能填料隔熱性能的研究
將隔熱功能填料加入到PVDF光油體系中，制備得到具有隔熱功能的氟碳隔熱涂料，分別研究輻射型（納米氧化錫銻(ATO)半導體粉體）、阻隔型（閉孔珍珠巖）、反射型（空心玻璃微珠）隔熱功能填料對氟碳涂料隔熱性能影響規律，在此研究基礎上，通過正交實驗設計，創新的開發集輻射型、阻隔型、反射型隔熱功能為一體的復合型氟碳隔熱涂料。
2.3 氟碳隔熱涂料的制備
氟碳隔熱涂料基本配方如表1所示：
2.4 涂料隔熱性能的測試
?。↖） 隔熱溫差測試
試驗裝置：用30mm厚的聚苯乙烯泡沫板制成內腔尺寸為300mm×300mm×300mm的箱子，在箱子的上表面裁出一個150mm×30mm的長方形孔洞，如圖2 所示。
試驗環境：室內測試，試板和箱子先置于環境溫度中2小以上，使測試裝置的溫度與環境溫度平衡，測量時需緊閉門窗，使環境風速為0，盡量減小試驗誤差。
測試步驟：①分別將空白樣和隔熱涂料樣的玻璃板放在兩個隔熱測定裝置的長方形空洞上，各用500W的碘鎢燈掛在兩個裝置正上方30cm處；②同時開啟兩盞碘鎢燈，每隔10min記錄兩個樣板在同一時間點下保溫箱內的溫度；③至溫度變化不超過1℃（視為至平衡溫度）時，此時兩裝置保溫箱內的溫度相減即得隔熱涂料的隔熱溫差。
（II）太陽光照射下的隔熱效果測試為模擬在太陽光照射下的自然環境中氟碳涂料的隔熱效果，本研究制作了2個空腔尺寸為300mm×300mm×300mm的隔熱箱，隔熱箱的5個面用XPS板構成，上蓋300mm×300mm×3mm的玻璃片，試驗裝置示意圖見圖3。將2個隔熱箱放在同一地點和同一高度，每隔30分鐘記錄一次箱內溫度。
圖2 自制隔熱效果測定裝置示意圖
圖3 模擬太陽光照射下的隔熱效果測試裝置示意圖
2.5.1 輻射型隔熱功能填料的隔熱效果研究
輻射型涂料氟碳隔熱涂料的隔熱溫差與納米ATO粉添加量之間的關系如圖所示：
圖4 納米ATO粉對輻射型隔熱涂料隔熱性能影響規律圖
由圖4可看出，隨著輻射型隔熱功能填料納米ATO粉用量的增加，涂膜的隔熱溫差增大，但當用量增至1.8份時，涂膜的隔熱溫差反而下降。因此，輻射型隔熱涂料的最佳添加量為1.6份，此時涂膜的隔熱溫差為12.9℃。
2.5.2 反射型隔熱功能填料的隔熱效果研究
反射型涂料氟碳隔熱涂料的隔熱溫差與空心玻璃微珠添加量之間的關系如圖所示：
圖5 空心玻璃微珠對反射型隔熱涂料隔熱性能影響規律圖
由圖5可知：空心玻璃微珠用量越多，阻隔型隔熱涂料涂膜的隔熱溫差越大，但隔熱填料的增加導致涂料黏度明顯上升，影響涂料流平性，因此，在不影響涂膜性能的前提下，當空心玻璃微珠的用量為3.5份時，隔熱溫差可達12.1℃。
2.5.3 阻隔型隔熱功能填料的隔熱效果研究阻隔型涂料氟碳隔熱涂料的隔熱溫差與閉孔珍珠巖添加量之間的關系如圖所示：
圖6 閉孔珍珠巖對阻隔型隔熱涂料隔熱性能影響規律圖
閉孔珍珠巖用量越多，阻隔型隔熱涂料涂膜的隔熱溫差越大，但隔熱填料的增加導致涂料黏度明顯上升，影響涂料流平性，因此，在不影響涂膜性能的前提下，閉孔珍珠巖用量達到6份時，對涂層隔熱性能的改善效果最好，隔熱溫差為10.9℃。
2.6 隔熱節能型氟碳涂料的配方的優化研究
隔熱溫差測試結果表明：閉孔珍珠巖、空心玻璃微珠、納米ATO粉三種功能隔熱填料均可起到隔熱保溫的作用，以上述三種隔熱功能填料的用量和隔熱溫差的定量關系研究為基礎，選用L9(33)正交表進行正交試驗，探索最佳的復合型涂料的最佳配方。表1為三種隔熱功能填料的因素水平表，表2為復合型氟碳隔熱保溫涂料的正交實驗配方及相應試樣的隔熱溫差測試結果，正交實驗的均值主效應圖見圖7，均值響應表見表3。
表1 隔熱功能填料的因素水平表
表2 復合型氟碳隔熱涂料的正交試驗配方及隔熱溫差
圖7 正交實驗均值主效應圖
表3 正交實驗均值響應表
表4 復合型涂料的最佳配方
根據相同的測試方法對復合型氟碳隔熱涂料的隔熱效果進行測試，結果表明，最佳配方的復合型氟碳涂料的隔熱溫差可達16.8℃。
3 隔熱功能填料對氟碳涂料隔熱性能的影響研究小結
（1）閉孔珍珠巖、空心玻璃微珠、納米ATO粉三種功能隔熱填料均可起到隔熱保溫的作用，隔熱效果與功能隔熱填料的種類和用量有關。
?。?）在復合型氟碳隔熱保溫涂料的最佳配方中，三種隔熱功能填料的重量比為閉孔珍珠巖（阻隔型）：空心玻璃微珠（反射型）：納米ATO粉（輻射型）=20：15：1.6。
?。?）測試結果表明：最佳配方復合型氟碳隔熱保溫涂料的隔熱溫差可達16.8℃，隔熱效果優于單一隔熱機理隔熱涂料。
總結：分別研究了閉孔珍珠巖、空心玻璃微珠、納米氧化錫銻(ATO)粉3種不同隔熱機理的功能填料對聚偏氟乙烯涂料(PVDF光油)隔熱效果的影響,并在此基礎上采用正交試驗法優化隔熱保溫氟碳涂料的配方,制備了一種具有協同隔熱效應的復合型隔熱保溫氟碳涂料。
