1 前言
目前，我国的建筑节能水平远远落后与发达国家，建筑的单位面积能耗是国际上气候条件相近的发达国家的2-3倍。现代建筑大量使用彩钢板、铝合金建筑型材、铝合金工业型材用于屋顶、建筑门窗、玻璃幕墙等众多结构部件，目前使用的涂料不具备隔热保温功能，在夏天或者冬天造成使用空间温度过高或者过低，往往会为维持较舒适的环境消耗大量的能源，节能效益极低，非常有必要开发隔热保温材料提高这些使用空间的节能效率。在面对各种保温隔热材料的选择中，建筑隔热保温涂料因经济、使用方便和隔热效果好等优点而越来越受到人们的青睐，运用隔热保温涂料进行涂装是目前各国重点推广的节能方法，发展前景十分广阔。隔热涂料一般可分为阻隔型、反射型、辐射型隔热涂料。
本项目针对目前隔热保温涂料的隔热性能与综合性能难以同时达到最佳的技术难题，以在铝材行业使用普遍，耐候性好的氟碳涂料为基础，对隔热保温涂料的隔热关键技术进行攻关，研究隔热效果优与涂料综合性能佳的高性能隔热保温涂料制备技术。
2 研究内容
2.1 隔热功能原理
建筑物的传热并非以某一种传热方式单独进行，而大多是导热、对流、辐射三种方式综合作用的结果。根据隔热涂料的隔热机理和隔热方式不同，将其分为辐射型、阻隔型、反射型三种。实际上，隔热效果最佳的隔热涂料，应该是在阳光照射下具有全面协同的光谱特征和阻止热传递功能并主动向外释放能量降温。
2.2 隔热功能填料隔热性能的研究
将隔热功能填料加入到PVDF光油体系中，制备得到具有隔热功能的氟碳隔热涂料，分别研究辐射型（纳米氧化锡锑(ATO)半导体粉体）、阻隔型（闭孔珍珠岩）、反射型（空心玻璃微珠）隔热功能填料对氟碳涂料隔热性能影响规律，在此研究基础上，通过正交实验设计，创新的开发集辐射型、阻隔型、反射型隔热功能为一体的复合型氟碳隔热涂料。
2.3 氟碳隔热涂料的制备
氟碳隔热涂料基本配方如表1所示：
2.4 涂料隔热性能的测试
（I） 隔热温差测试
试验装置：用30mm厚的聚苯乙烯泡沫板制成内腔尺寸为300mm×300mm×300mm的箱子，在箱子的上表面裁出一个150mm×30mm的长方形孔洞，如图2 所示。
试验环境：室内测试，试板和箱子先置于环境温度中2小以上，使测试装置的温度与环境温度平衡，测量时需紧闭门窗，使环境风速为0，尽量减小试验误差。
测试步骤：①分别将空白样和隔热涂料样的玻璃板放在两个隔热测定装置的长方形空洞上，各用500W的碘钨灯挂在两个装置正上方30cm处；②同时开启两盏碘钨灯，每隔10min记录两个样板在同一时间点下保温箱内的温度；③至温度变化不超过1℃（视为至平衡温度）时，此时两装置保温箱内的温度相减即得隔热涂料的隔热温差。
（II）太阳光照射下的隔热效果测试为模拟在太阳光照射下的自然环境中氟碳涂料的隔热效果，本研究制作了2个空腔尺寸为300mm×300mm×300mm的隔热箱，隔热箱的5个面用XPS板构成，上盖300mm×300mm×3mm的玻璃片，试验装置示意图见图3。将2个隔热箱放在同一地点和同一高度，每隔30分钟记录一次箱内温度。
图2 自制隔热效果测定装置示意图
图3 模拟太阳光照射下的隔热效果测试装置示意图
2.5.1 辐射型隔热功能填料的隔热效果研究
辐射型涂料氟碳隔热涂料的隔热温差与纳米ATO粉添加量之间的关系如图所示：
图4 纳米ATO粉对辐射型隔热涂料隔热性能影响规律图
由图4可看出，随着辐射型隔热功能填料纳米ATO粉用量的增加，涂膜的隔热温差增大，但当用量增至1.8份时，涂膜的隔热温差反而下降。因此，辐射型隔热涂料的最佳添加量为1.6份，此时涂膜的隔热温差为12.9℃。
2.5.2 反射型隔热功能填料的隔热效果研究
反射型涂料氟碳隔热涂料的隔热温差与空心玻璃微珠添加量之间的关系如图所示：
图5 空心玻璃微珠对反射型隔热涂料隔热性能影响规律图
由图5可知：空心玻璃微珠用量越多，阻隔型隔热涂料涂膜的隔热温差越大，但隔热填料的增加导致涂料黏度明显上升，影响涂料流平性，因此，在不影响涂膜性能的前提下，当空心玻璃微珠的用量为3.5份时，隔热温差可达12.1℃。
2.5.3 阻隔型隔热功能填料的隔热效果研究阻隔型涂料氟碳隔热涂料的隔热温差与闭孔珍珠岩添加量之间的关系如图所示：
图6 闭孔珍珠岩对阻隔型隔热涂料隔热性能影响规律图
闭孔珍珠岩用量越多，阻隔型隔热涂料涂膜的隔热温差越大，但隔热填料的增加导致涂料黏度明显上升，影响涂料流平性，因此，在不影响涂膜性能的前提下，闭孔珍珠岩用量达到6份时，对涂层隔热性能的改善效果最好，隔热温差为10.9℃。
2.6 隔热节能型氟碳涂料的配方的优化研究
隔热温差测试结果表明：闭孔珍珠岩、空心玻璃微珠、纳米ATO粉三种功能隔热填料均可起到隔热保温的作用，以上述三种隔热功能填料的用量和隔热温差的定量关系研究为基础，选用L9(33)正交表进行正交试验，探索最佳的复合型涂料的最佳配方。表1为三种隔热功能填料的因素水平表，表2为复合型氟碳隔热保温涂料的正交实验配方及相应试样的隔热温差测试结果，正交实验的均值主效应图见图7，均值响应表见表3。
表1 隔热功能填料的因素水平表
表2 复合型氟碳隔热涂料的正交试验配方及隔热温差
图7 正交实验均值主效应图
表3 正交实验均值响应表
表4 复合型涂料的最佳配方
根据相同的测试方法对复合型氟碳隔热涂料的隔热效果进行测试，结果表明，最佳配方的复合型氟碳涂料的隔热温差可达16.8℃。
3 隔热功能填料对氟碳涂料隔热性能的影响研究小结
（1）闭孔珍珠岩、空心玻璃微珠、纳米ATO粉三种功能隔热填料均可起到隔热保温的作用，隔热效果与功能隔热填料的种类和用量有关。
（2）在复合型氟碳隔热保温涂料的最佳配方中，三种隔热功能填料的重量比为闭孔珍珠岩（阻隔型）：空心玻璃微珠（反射型）：纳米ATO粉（辐射型）=20：15：1.6。
（3）测试结果表明：最佳配方复合型氟碳隔热保温涂料的隔热温差可达16.8℃，隔热效果优于单一隔热机理隔热涂料。
总结：分别研究了闭孔珍珠岩、空心玻璃微珠、纳米氧化锡锑(ATO)粉3种不同隔热机理的功能填料对聚偏氟乙烯涂料(PVDF光油)隔热效果的影响,并在此基础上采用正交试验法优化隔热保温氟碳涂料的配方,制备了一种具有协同隔热效应的复合型隔热保温氟碳涂料。
