摘要：简要介绍了新型氟碳降温涂料的设计原理、试验配方及工艺。讨论了、中空微珠、红外辐射添加剂、配套涂层的选择及对涂料性能影响。通过性能测试、对比试验，结果表明，该涂料具有良好的降温效果。

　　关键词：氟碳降温涂料；彩色中空陶瓷微珠；太阳反射比；半球发射率；红外辐射添加剂

　　0前言

　　近年来，我国相继推出的EPS、XPS板薄抹灰、胶粉聚颗粒、胶粉中空玻璃(陶瓷)微珠、硬泡聚氨酯现场喷涂、现浇混凝土内置保温板、大模内置EPS(XPS)板整体浇注以及装配式预涂保温型材等系统，在各地建筑围护结构的保温节能应用中，已经取得了一定成效。然而，基于阻隔型系统本身具有的密度小、强度低、热阻大、散热慢、表层积热高、温升快等属性与特点，实际应用中不仅存在着各自的局限与不足，而且还加剧了饰面系统的温变、开裂与老化。业已证实，功能性降温涂料的应用是缓解、弥补上述问题的有效方法与途径。为此在重庆相关单位的协助下，针对外墙保温涂饰的需要，采用优质含、彩色中空陶瓷微珠、功能性填料、助剂等，研制成功了新型氟碳降温涂料。经性能测试、对比试验的结果表明，该种涂料作为外墙保温基层的饰面材料，不仅利于降低表面温度，弥补现有外墙保温系统之不足，满足我国夏热冬暖地区的建筑节能要求；而且基于氟碳的自身结构与特点，在实际应用中还具有抗污、耐候、防霉、耐老化等理想的性能与优势。

　　1降温涂料的设计原理

　　降温涂料或称太阳热反射、发射型功能涂料，其基本原理是利用涂层的光学特性，将太阳辐射的紫外线、可见光、近红外线等反射、发射到外部空间，从而达到减少物体太阳辐射能量的吸收而降温。太阳辐射就其本质上讲，则是一种电磁辐射。太阳辐射能量，主要分布在可见光(400～780nm)和近红外(0.78～2.7μm)的范围内。Kirchhoff根据热平衡原理导出的热转换定律指出：在任何温度和波长下，一个热平衡不透明体的发射率ε等于其吸收率a。即

　　ε=a(1)

　　进而，根据Kirchhoff和能量守衡定律则有：

　　a+r+t=1(2)

　　ε=a=1-r(3)

　　式中：t为透射率，r为反射率。

　　由此可见，在太阳辐射能量相对集中的波段内，不透明物体表面涂层的反射率越大吸收率越小，则涂层的降温效果就越好。

　　另从红外辐射角度看，若将地面上的不透明物体视为灰体，则由Stenfan-Boltzman定律和红外发射率定义可以得出：

　　W=σεT4(4)

　　式中：W为地面不透明物体(灰体)的辐射强度；ε为其红外发射率；σ为Stenfan-Boltzman常数；T为{jd1}温度。

　　式(4)表明，不透明物体表面涂层向外辐射的总能量与其红外发射率和{jd1}温度的四次方成正比。亦即在一定温度下，不透明物体表面涂层的辐射强度或称之为红外辐射降温效果的大小，主要取决于特定波段下的红外发射率。由于物体表面涂层的红外发射“阻力”，主要由大气层中水蒸气、二氧化碳、臭氧、固体微粒等吸收的辐射能量而引起，而在所谓8～13.5μm的“大气窗口”波段内，由于上述因子的吸收能力很弱，故有利于涂层{zd0}限度地发挥其红外发射作用而降温。

　　此外，研究发现，涂层反射、发射能量的大小，主要取决于材料的结构、性能、配套体系以及温度梯度等因素。而新型氟碳降温涂料就是通过涂料树脂、效应、填料、助剂以及涂料配套体系的优化选择与设计，获取了在可见光、近红外波段内具有低吸收、高反射功能；而在8～13.5μm波段内，具有热转换、高发射功能的复合涂料体系，从而实现预期的降温效果。

　　2试验部分

　　2.1原材料

　　含氟树脂：常熟中昊有限公司；羟基丙烯酸树脂：上海高典化工有限公司；固化剂：罗地亚(中国)有限公司；彩色中空陶瓷微珠：重庆阿罗科技发展有限公司；红外辐射添加剂：重庆大学材料工程学院；其他填料、助剂：进口或国产。

　　2.2试验设备

　　SGM-0.3砂磨机；TSF-400砂磨、分散搅拌机；MIKROTEST涂膜厚度测定仪；JTX涂膜耐洗刷性试验仪；NEM=80法向红外发射率测试仪；CR-10色差计；WGG-60B数显式涂膜光泽度测定仪；卫星热控涂层太阳吸收比光谱测试装置；卫星热控涂层稳态量热计法半球发射率测试装置等。

2.3涂料组成及配比(见表1)

2.4涂料配制

　　氟碳降温涂料乙组分及专用底漆的配制按常规工艺进行。甲组分的配制工艺流程如图1所示。

制备中，首先将含氟树脂、颜料、填料、助剂等预混分散、砂磨分散至细度小于25μm，然后在低速(约300～400r/min)搅拌下，加入彩色中空陶瓷微珠及余量助剂与溶剂，搅拌均匀、过滤、检验、包装并入库。

　　2.5性能测试

　　氟碳降温涂料及涂层的性能按GB/T9757-2001溶剂型外墙涂料、HG/T3792-2005交联型氟树脂涂料、JC1040-2007建筑外表面用热反射隔热涂料、GJB2502-96(210)卫星热控涂层太阳吸收比光谱法({jd1}法)及GJB2502-96(310)卫星热控涂层稳态量热计法半球发射率测定法进行了制样、测试与评价。而其复合涂层的降温效果，及其与普通氟碳复合涂层样品的对比试验装置如图2所示。其中模拟试验箱体材料为厚度2.5cm的XPS板，其外形尺寸为45cm×45cm×60cm，试验箱的内壁满涂0.2cm厚的粘结层，箱体外表面按相关标准及设计要求涂覆(1±0.5)cm厚的抗裂、修整、封闭层。为了求得测试数据的相对准确与可靠，测试中每个数据选取了3次试验的平均值。同时严格控制了涂层厚度、外观、颜色的均一性。

3结果与讨论

　　3.1涂料树脂的选择

　　对降温涂料而言，树脂的选择不仅要考虑涂料在特定使用环境条件下的物理化学耐受性，而且尚有反射、发射可见光、近红外、远红外等方面的功能性指标与要求。一般来说，某些常见的外用涂料树脂，诸如热塑性聚丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、氟烯烃乙烯基醚(酯)类树脂等，因其有着差异不大的折光系数和透明度，而且均具特定环境条件下的适应性，因此均可用作降温涂料的主体成膜物。然而试验证明，本项目选用的三氟氯乙烯聚烯烃基酯类氟碳树脂，因其有着较高的氟含量(约为25%)和8～13.5μm的长波法向红外发射率(约为0.711)，故被用作氟碳降温涂料的主体树脂，不仅利于体现氟碳涂料的特点与属性，而且利于发挥涂层的辐射降温性能与效果。

　　3.2中空微珠的选择与影响

　　功能性颜填料的优化选择是制取优质氟碳降温涂料的关键。为此，在研发过程中采用同一氟碳涂料体系，固定若干参数，对典型的中空玻璃微珠、中空陶瓷微珠和特制彩色中空陶瓷微珠等功能性粉体材料样品，进行了试验对比与评价。如表2所示，本项目选取的彩色中空陶瓷微珠材料在太阳反射比、半球发射率、导热系数及涂料稳定性等方面，显示了更多的特点与优势。图3显示了彩色中空陶瓷微珠用量对其涂层太阳反射比及半球发射率的作用与影响。

从图3可见，随着彩色中空陶瓷微珠用量的增加，其涂层的太阳发射比和半球发射率均呈上升趋势。当彩色中空微珠的用量增至6%时，二者达到了{zg}值；而当其用量增至12%之后，随着涂层表面状态的改变，太阳反射比和半球发射率则逐步下降。由此确认，本涂料彩色中空陶瓷微珠的用量以6%～12%为宜。

3.3红外辐射添加剂的影响

　　红外辐射添加剂的优化选择，关系着降温涂料的质量与效能。对氟碳降温涂料而言，红外辐射添加剂的优化选择关键在于寻求短波反射和长波发射功能的兼容性。为此，研发中对具有光谱选择性反射、发射功能的金属氧化物、硅化物、碳化物、硼化物、氮化物以及某些特别复合粉体添加材料，进行了对比与筛选。结果表明，重庆大学材料工程学院韩志范教授研制的复合红外辐射添加剂，在0.4～2.4μm的短波区域内有着大于0.83的太阳反射比和半球发射率；而在7.8～13.5μm的长波范围内，则同时具有转换吸收热量和大于0.85的法向红外发射率。因此，在新型氟碳降温涂料的底、面漆体系中，分别添加6%～8%和3%～5%的红外辐射添加剂时，即能获得令人满意的协同降温性能与效果。

　　3.4配套涂层的选择与影响

其中采用特制专用找平腻子、光面腻子、封闭底漆，通过逐道施工，形成的由粗而细的梯度渐变修整、封闭层，本身具有隔热、柔性、抗裂、平整、细腻、光滑，以及渗透、填充、封闭等特点；而与之配套的专用底、面漆，则有着短波反射和长波发射，以及转换热能，阻隔热量传递的兼容性。此外，历时1a的自然曝晒试验结果表明，上述配套体系形成的EPS板薄抹灰外墙外保温饰面系统，与普通氟碳外墙涂料饰面系统相比，在表面涂层的保光、防裂、降温等方面，表现了更好的性能与优势。

　　3.5性能测试及评价

　　氟碳降温涂料及涂层的性能测试结果见表3。而采用模拟小箱法测得的复合涂层降温效果，及其与普通氟碳复合涂层样品的降温效果对比见图5。从图5可知，本项目研制的新型氟碳降温涂料及其复合涂层，综合性能良好，比起普通氟碳涂层能够降低温度8～12℃，表现了一般涂层所不具备的优异性能与特点。

4结论

　　(1)采用含氟树脂、彩色中空陶瓷微珠等制取的新型氟碳降温涂料，综合性能优异，降温效果显著，有着较大的实用价值和推广前景。(2)涂料的配方组成、制备工艺、涂层配套体系的设计等对复合涂层的降温效果、综合性能产生重要的作用与影响；彩色中空陶瓷微珠与红外辐射添加剂的科学配伍，专用底漆、面漆的合理配套，提供了复合涂层短波反射、长波红外发射以及阻隔降温的兼容性。(3)所研制的产品可以广泛用于建筑、石化、冶金、电力、车辆、船舶以及xx装备、设施等领域，尤适用作建筑外墙外保温基层的饰面涂料。