环氧改性纯丙乳液反射隔热涂料研制

        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[1]。

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[2-3]，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[4]。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。

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。

环氧改性纯丙乳液反射隔热涂料的研制


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。



环氧改性纯丙乳液反射隔热涂料的研制

用如图1所示的装置进行涂料反射率的测定[5]。

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

2·1E-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。

环氧改性纯丙乳液反射隔热涂料的研制
 

环氧改性纯丙乳液反射隔热涂料的研制


2·3涂料的基本性能。

涂料及涂膜的基本性能见表5。

涂料及涂膜的基本性能


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[6]。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。