丘子范①，黄景烽①，陈满英②，陈纪文②
（①佛山市伊思曼化工有限公司, 广东佛山 ，528303；②广东产品质量监督检验研究院，广东佛山，528300）
摘要：本文研发了一种多功能复合内墙保温涂料，由以下质量百分含量的原料制成：水性纯丙烯酸聚合物40~50%、成膜助剂1.0~2.0%、颜料10~20%、隔热复合材料20~29%、活性竹炭2~3%、消泡剂0.3~0.6%、润湿剂0.3~0.5%、增稠剂0.3~1.0%、分散剂0.3~0.6%、缓冲剂0.1~0.5%、杀菌防霉剂0.3~0.6%、水10~20%，各原料质量百分含量之和为100%；其中隔热复合材料由以下组分组成：硅藻土4~6%、镁橄榄石粉3~4%、纳米氧化锡3~4%、硼硅酸岩空心微珠3~5%、水滑石粉3~4%和硫酸镁4~6%。其保温效果好，环保，耐污渍，成本低。
关键词：多功能 复合 内墙保温涂料
1 前言
传统的保温隔热材料主要是通过提高气相空隙率，降低导热系数和传导系数来达到效果。而纤维类保温材料则是需要在较厚的覆层条件下，使用环境中要使对流传热和辐射传热升高来实现保温；至于型材类无机保温材料因为要进行拼装施工，存在接缝多、有损美观、防水性差、使用寿命短等缺陷[1]。因此，相关的科研人员一直在寻求与研究一种能大大提高保温材料隔热反射性能的新型材料。
目前有很多专利或文献公开了一些建筑用保温涂料及其生产方法，但这些专利中的隔热效果，大都在室温度冬季可提高5~8℃，夏季可降低3~5℃的状态，使用效果还不是很理想，且成本高。此外，这些涂料大多也没有同时具有耐污渍和低污染物如VOC排放等特点，尚不能兼顾保温隔热性能和耐污渍、易清洗、环保、净化室内甲醛等性能，没能形成一款有多功能高性价比的内墙保温涂料。
本研究的目的在于提供一种多功能复合内墙保温涂料和其制备方法。因为通过查阅大量有关保温涂料的专利文件和文献以及对实验数据进行分析与总结，筛选出了一个隔热复合材料新组合方法。其中隔热复合材料由以下组分组成：硅藻土4~6%、镁橄榄石粉3~4%、纳米氧化锡3~4%、硼硅酸岩空心微珠3~5%、水滑石粉3~4%和硫酸镁4~6%。其中硼硅酸岩空心微珠，内部包裹的N2 或CO2 低压气体能产生一定的真空度，是一种中空、轻质、高强的玻璃微球，玻璃质表面具有对光和热的反射作用，可以承受-268 ℃至482 ℃的温度范围和250 psi 至4000 psi 的工作强度范围，耐水汽、不吸湿、耐腐蚀和抗微生物侵蚀等优点，干燥后的涂膜中紧密排列的空心微珠能有效地阻隔热传导，抑制热对流和减少热辐射。因此在现代隔热保温技术广为采用。同时在组合中还加入了硅藻土、镁橄榄石粉、纳米氧化锡、水滑石粉和硫酸镁，这些优质材料具有隔热或保温的功能，它们与空心微珠相辅相成，在提高隔热保温效果的同时，也有效降低了综合成本；实验结果表明，该多功能复合内墙保温涂料导热系数低，居室温度冬季可提高10~15℃，夏季可降低6~10℃，同时本产品不含有甲醛等有机废气，健康环保，耐污渍，具有净化甲醛的多功能。其生产工艺简单，成本低，每公斤的费用可以较同类产品可降低2~3元。
2 实验部分
2.1 实验原料
新一代水性纯丙烯酸聚合物，巴德富化工公司；TEXANOL十二醇酯，进口，美国；颜料包括钛白粉和群青，其中钛白粉为金红石型钛白粉，可采用国产（如龙蟒R-996、攀钛R-258等型号）和进口（如美国杜邦R-706、美礼联595等型号），而群青，少量，国产；活性竹炭，北京朗诺科技有限公司；分散剂、润湿剂、消泡剂，深圳海川化工公司；增稠剂，进口，韩国；缓冲剂、杀菌防霉剂，进口，美国。均为工业品。
2.2 隔热复合材料的合成
由以下质量百分含量的组分组成：硅藻土4~6%，镁橄榄石粉3~4%，纳米氧化锡3~4%，硼硅酸岩空心微珠3~5%，水滑石粉3~4%，硫酸镁4~6%。
2.3 涂料的配制
一种多功能复合内墙保温涂料，由以下质量百分含量的原料制成：水性纯丙烯酸聚合物40~50%，成膜助剂1.0~2.0%，颜料10~20%
隔热复合材料20~29%，活性竹炭2~3%，消泡剂0.3~0.6%，润湿剂0.3~0.5%，增稠剂0.3~1.0%，分散剂0.3~0.6%，缓冲剂0.1~0.5%
杀菌防霉剂0.3~0.6%，水10~20%，合计为100%；
制备方法，含以下步骤：
（1）按上述计量关系，将水性纯丙烯酸聚合物、成膜助剂、颜料、消泡剂、润湿剂、增稠剂、分散剂、缓冲剂和杀菌防霉剂，加入占水总质量20~40%的水中，以400~600转/分的搅拌速率中低速搅拌5~10分钟，制成均匀浆料；
（2）按上述计量关系，将隔热复合材料中的各原料硅藻土、镁橄榄石粉、纳米氧化锡、硼硅酸岩空心微珠、水滑石粉和硫酸镁，以及活性竹炭，加入剩余的水中，以1200~1500转/分的搅拌速率高速搅拌20~25分钟，分散至细度合格后，制成均匀浆料；
（3）将步骤（2）制成的浆料加入到步骤（1）制成的浆料中，以400~500转/分的搅拌速率低速搅拌20~25分钟，制得环保内墙保温涂料[2]。
2.4 漆膜性能测试
按漆∶水=1∶0.1-0.2比例，刷涂方式施工。
3 结果与讨论
3.1 常规性能
采用建筑涂料领域常规的检测方法检测该多功能复合内墙保温涂料的常规理化性能，具体性能指标如下表1所示。
表1多功能复合保温隔热内墙涂料和涂膜的常规性能
|
序号 |
项目 |
指标 |
检测结果 |
|
1 |
容器中状态 |
无硬块，搅拌后呈均匀状态 |
合格 |
|
2 |
施工性 |
刷涂二道无障碍 |
多道喷（抹）涂无障碍 |
|
3 |
低温稳定性 |
不变质 |
合格 |
|
4 |
干燥时间（表干）/h≤ |
2 |
合格 |
|
5 |
涂膜外观 |
正常 |
合格 |
|
6 |
对比率（白色）≥ |
0.95 |
0.98 |
|
7 |
耐碱性 |
24小时无异常 |
合格 |
|
8 |
耐洗刷性/次≥ |
1000 |
合格 |
从表1中可以看出，本研究制备的多功能复合内墙保温涂料的各项性能指标均达到或优于国家标准GB/T 9756-2009。
3.2 保温性能
采用上述实施的涂料进行保温性能试验，试验过程和结果如下：
涂料应用测试（一）：用毛刷在20m3实验舱的整个外表面涂布上述涂料，涂层干膜1mm，室内外空调温度定为18℃，稳定20min后，试验舱外关闭空调，用电热炉加热试验舱外热水，室内关闭空调，记录试验舱内外温度，试验结果见下表2。
表2 多功能复合内墙保温涂料保温测试结果
| 时间min | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 | 220 | 240 |
| 室外空气温度 | 20 | 25 | 26 | 29 | 32 | 35 | 38 | 41 | 43 | 45 | 47 | 50 | 50 |
| 新涂料 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 26 | 28 | 29 | 30 | 30 |
| 温差 | 1 | 5 | 5 | 7 | 9 | 11 | 13 | 15 | 17 | 17 | 18 | 20 | 20 |
| 室外空气温度 | 20 | 23 | 25 | 27 | 29 | 31 | 33 | 35 | 37 | 38 | 39 | 40 | 40 |
| 普通的 | 19 | 20 | 22 | 25 | 27 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 35 |
| 内墙乳胶漆 | |||||||||||||
| 温差 | 1 | 3 | 3 | 2 | 2 | 2 | 3 | 4 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
从表2的测试对比结果可以看出：在外界升温的同一条件下（类似于夏天高温天气），新研究此涂料与目前市场销售市场的普通内墙乳胶漆（用传统的颜填料，如钛白粉，重钙，轻钙，高岭土等配制）相比，夏季平均可降低6~10℃，而普通内墙乳胶漆则达不到这种隔热效果，与室外空气温度的相差不大。
涂料应用测试（二）：用毛刷在20m3实验舱的整个外表面涂布上述涂料，涂层干膜1mm，室内外空调温度定为18℃，稳定20min后，试验舱外关闭空调，用冰块降温试验舱外冷水，室内关闭空调，记录试验舱内外温度，试验结果见下表3。
表3多功能复合内墙保温涂料保温测试结果
| 时间min | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 | 220 | 240 |
| 室外空气温度 | 16 | 14 | 12 | 10 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| 新涂料 | 17 | 17 | 16 | 16 | 15 | 15 | 14 | 14 | 14 | 13 | 12 | 12 | 11 |
| 温差 | 1 | 3 | 4 | 6 | 7 | 8 | 8 | 9 | 10 | 10 | 10 | 11 | 11 |
| 室外空气温度 | 16 | 14 | 12 | 10 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| 普通的 | 17 | 16 | 15 | 12 | 10 | 9 | 9 | 8 | 7 | 7 | 6 | 6 | 5 |
| 内墙乳胶漆 | |||||||||||||
| 温差 | 1 | 2 | 3 | 2 | 2 | 2 | 3 | 3 | 3 | 3 | 4 | 5 | 5 |
从表3测试对比结果可以看出：在外界降温的同一条件下（类似于冬天低温天气），用此涂料与普通的内墙乳胶漆相比，冬季平均可提高10~15℃，而普通的内墙乳胶漆则达不到这种保温效果，与室外空气温度的相差不大。
3.3 耐污渍性能
涂料应用测试（三）：用毛刷在0.5 m2实验板的整个外表面涂布上述涂料，涂层干膜1mm，常温养护3天后，在垂直悬挂的漆膜上滴各种污渍源，具体如图1中所示，污渍源从左到右依次包括：老抽、醋、咖啡、红茶、蓝墨水、食用油、水溶性炭黑、醇溶性炭黑、口红、圆珠笔、蜡笔（5种颜色）。用湿毛巾沾水后在漆膜表面进行正常擦洗，此涂料的耐污渍擦洗测试结果见图2中所示。
图1
图2
从图2中的测试对比结果可以看出：在同一底材的同一污渍条件下，此涂料与市场上普通的耐污渍涂料（一般指常规产品加入一些特殊的有机硅乳液或疏水助剂来实现的，但其效果不明显且不持久）相比，只需用湿抹布就能将这些污渍去除，使墙体恢复到原样，而普通的耐污渍涂料则达不到这种易擦洗效果，留有明显的痕迹或漆膜因为擦洗出现不同程度损害。
此外，本研究由于采用了巴德富化工公司专门为提高内墙涂料耐污渍性能而设计的水性纯丙烯酸聚合物，其采用硅烷偶联剂原理：由于其特殊的结构，可自交联、与聚合物（乳液）反应、与无机涂料（基材）表面偶联，所以具有优异的耐亲水性污渍性能和耐疏水性污渍性能，在基础配方中只需少量的成膜助剂即可达到优异的成膜性能，从而成本优势明显[3]。经过配方成本核算，与市场同类耐污产品相对比发现，成本平均下降1~2元每公斤；其成本下降的原因，是不用加入一些特殊的有机硅乳液或疏水助剂来实现的，后两者市场价格高，加量也较多，耐擦洗和耐污渍的效果也不持久，基础配方成本增加明显，而这些正是目前同行其他生产厂家在采用的方法。
3.4 甲醛净化的性能
涂料应用测试（四）：将按照上述涂料，经相关的检测，所检验的样品甲醛净化性能，甲醛净化效果持久性检验结果符合国家建材行业标准JC/T 1074-2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》中Ⅰ类规定的要求，具体检测结果见下表4。
表4 多功能复合内墙保温涂料净化甲醛性能
|
序号 |
检验项目 |
标准要求（%）Ⅰ类 |
样品 名称 |
检验结果 |
单项结论 |
|
1 |
甲醛净化性能 |
≥75 |
新涂料 |
90.2 |
符合 |
|
普通内墙 乳胶漆样品 |
＜75 |
不符合 |
|||
|
2 |
甲醛净化效果持久性 |
≥60 |
新涂料 |
91.1 |
符合 |
|
普通内墙 乳胶漆样品 |
＜60 |
不符合 |
备注：Ⅰ类：具有装饰功能的涂覆材料
从表4测试对比结果可以得出以下结论：用此涂料与市场同行在销售的普通内墙乳胶漆相比，因为添加了活性竹炭和硅藻土的新配方，使得涂料具备了甲醛净化性能，甲醛净化效果持久性好，而普通的内墙乳胶漆由于没有添加可以净化甲醛功能性原材料，则不具备这种甲醛净化性能。
4 结论
综上所述，以新一代水性纯丙烯酸聚合物为主要成膜物质来实现耐污渍，以硅藻土，镁橄榄石粉，纳米氧化锡，硼硅酸岩空心微珠，水滑石粉，硫酸镁组成隔热复合材料，并引入活性竹炭来提升产品的甲醛净化性能。该产品用于配制新一代多功能复合内墙保温涂料，漆膜各项性能良好，能满足市场用户对内墙保温涂料各项性能的要求。由于所用方法有创新，工艺简单，成本低，每公斤的费用可以较同类产品可降低2~3元。因此所制备多功能复合内强保温涂料具有很高的性价比优势，我公司推出该类型产品并实现小批量生产，赢得客户一致好评。
参考文献:
[1] 朱广军. 涂料新产品与新技术[M]. 江苏科学技术出版社，2000：9-14，40-46.
[2] 涂料工艺编委会.涂料工艺（第二版）[M].化学工业出版社，1996.
[3] 石玉梅，赵孟彬. 建筑涂料与涂装技术400问[M]. 化学工业出版社，1996：69-71.
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