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1、摘 要随着全球气候变暖，环境问题日益突出，而现有可利用能源的过度消耗，节能减排任务重大，建筑涂料的广泛应用，更需要达到环保、节能减排。水性涂料，特别是水性多功能涂料，在未来的发展中将是一大热点。其疏水与隔热性能更成为近10年研究开发的重点。以二氧化钛包覆空心玻璃微珠研制的复合型隔热功能涂料自身热阻大，导电系数低，对光热的反射率高，能够有效降低辐射传热与对流传热，起到隔热保温作用。纳米级的锐钛型二氧化钛具有光催化特性，能够有效降解甲醛，因而它是一种绿色环保节能涂料。本课题研究的是通过溶胶凝胶法合成多功能隔热填料，以水作为分散剂，通过对乳液、颜填料、疏水剂及各种助剂的筛选，并通过试验确定涂料的最佳
2、配比，从而研制出环保型疏水隔热功能涂料。关键词：水性涂料；隔热；TiO2包覆空心玻璃微珠；疏水剂；AbstractAlong with the global climate warming, the environment question is day by day prominent, but existing may use the energy the excessive consumption, the energy conservation reduces a row of duty to be significant, the construction coatings wide
3、spread application, needs to achieve the environmental protection, the energy conservation to reduce the platoon. The water paint, specially the river character multi-purpose coatings, in future development will be a big hot spot. Its sparse water and the heat insulation performance becomes near 10
4、year research development the key point.Is big by titanium dioxide gable hollow glass micro bead developments multi-skill heat insulation function coating own thermal resistance, the conductivity is low, is high to the light hot index of reflection, can reduce the radiative transfer and the heat tra
5、nsfer conductance effectively, plays the heat insulation heat preservation role. The nanometer levels anatase titanium dioxide titanium dioxide has the photochemical catalysis characteristic, can degrade the formaldehyde effectively, thus it is one kind of green environmental protection energy conse
6、rvation coating. What this topic research is synthesizes the multi-purpose heat insulation padding through the sol gelatin law, takes the dispersing agent by the water, through to emulsion, face padding, hydrophobing agent and each kind of assistant screening, and through experimental determination
7、coating best allocated proportion, thus develops the environmental protection sparse water heat insulation function coating.Key word: Water paint; Heat insulation; TiO2 gable hollow glass micro bead; Hydrophobing agent;目录摘 要IAbstractII第一章绪 论11.1 课题研究背景与意义11.2 国内外水性疏水隔热涂料发展现状11.3 研究主要内容21.4 隔热涂料的发展方向
8、21.5 隔热涂料的分类31.6 复合隔热涂料31.7 水性隔热涂料中原料31.7.1 基料31.7.2 颜填料41.7.3 隔热功能填料41.7.4 填料41.7.5 润湿分散剂51.7.6 消泡剂51.7.7 增稠剂51.7.8 成膜助剂61.7.9 疏水剂61.7.10 其他助剂6第二章 实验部分72.1 原料72.2 实验仪器与设备82.2.1 实验设备82.2.2 主要仪器82.2.3 其他材料92.3 实验装置92.4 常规试验方法112.4.1 标准试验条件112.4.2 试板的制备112.4.3 涂料的常规性能测试112.4.4 二氧化钛包覆空心玻璃微珠包覆效果测试132.4.
9、5 涂料隔热性能的测试132.5 工艺流程142.5.1 TiO2包覆空心玻璃微珠制备工艺流程图142.5.2 疏水隔热涂料工艺流程图152.5.5 本课题的实际工艺流程16第三章 实验结果讨论与分析183.1 本课题TiO2包覆空心玻璃微珠和涂料的初始配方183.2 原料的选择193.2.1 乳液的选择193.2.2 颜料的选择203.2.3 隔热功能填料与制备原料的选择203.2.4 填料的选择213.2.5 润湿分散剂的选择223.2.6 消泡剂的选择223.2.7 增稠剂的选择233.2.8 成膜助剂的选择233.2.9 疏水剂的选择243.2.10 其他助剂的选择243.3 TiO2
10、包覆空心玻璃微珠实验分析243.4 TiO2包覆空心玻璃微珠的的百分含量对涂料隔热性能的影响273.5 PVC对涂料隔热性能的影响273.6 较优配方的确定293.7 TiO2包覆空心玻璃微珠较优配方303.8 涂料较优配方303.9 较优配方制备涂料的性能31结论32主要参考文献：33致谢书34第一章 绪 论1.1 课题研究背景与意义随着现有可利用能源的消耗，节能材料引起了人类的广泛关注，特别是研究人员的重视。隔热涂料是近年来发展起来的一种新型节能材料，它通过有效地反射太阳光的能量，降低物体表面对太阳辐射能量的吸收，从而起到隔热保温的效果。隔热涂料，作为一种功能性涂料，它具有降低物体的表面温
11、度,阻止热传导,改善工作环境,提高安全性等特点。随着深入的研究表明其光催化降解甲醛方面得到发展。水性涂料，它是以乳液等为黏合剂，加入成膜助剂、增稠剂、分散剂、消泡剂、颜填料等多种材料，再经搅拌、研磨、调制而成的一种涂料。它以水为分散介质，无毒无味，不污染环境，是一种绿色环保涂料。普通外墙乳胶漆的耐水性、耐侯性不足，特别是受雨水、污水影响较大，极大地损害了建筑物的美观。采用硅丙乳液，还能够达到疏水效果，将研制的疏水剂加入到乳胶漆中,能进一步降低漆膜的表面能与加大表面粗糙度提高其表面疏水性，防止水分渗透，增强乳胶漆的耐沾污性；水性疏水隔热功能涂料，它集齐了水性涂料、疏水涂料和隔热涂料三种涂料的优点
12、，具备良好的疏水隔热性能，且解决环境污染、浪费能源的问题，是一种绿色环保涂料。随着节能减排、环境保护问题的日益突出，水性涂料，特别的水性多功能涂料，在未来涂料的发展中将是一大热点。1.2 国内外水性疏水隔热涂料发展现状近20 余年来，隔热涂料研究十分活跃。有代表产品如美国盾牌（Thermo-shield）节能涂料。美国盾牌节能涂料应用于航天飞机隔热保温，涂料中含有极细的陶瓷泡，对阳光有较高的反射率，且成膜后陶瓷泡紧密排列形成完整的隔热层。这类涂料可令被涂物（如房屋）内部温度大大降低，明显减少空调费（节能约40%），同时兼有较好的防蚀、阻燃、防水功能，安全无毒，已广泛用于美国、日本、马来西亚和新
13、加坡等国的油气储罐、房屋建筑屋顶，有较好效果。此外，日本、意大利等国家均投入巨资进行隔热涂料或隔热材料的研究，并开始市场化。美国ASTM隔热委员会C16 还制定了ASTM C1483-04 标准，对热反射涂料的各项技术指标、测试方法作出了规定，标志着“热反射隔热防腐涂料”已正式被美国接受并规定应用于相关领域，如钢结构、建筑外墙等。我国疏水涂料的研制和应用始于60年代，早期曾以各种化工下脚料为原料研制产品，均因质量性能不稳定而停止发展。60年代中期出现了氯丁橡胶-沥青防水涂料，70年代初期出现了再生橡胶-沥青防水涂料。由黄月文3等以正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷和一些有机硅/氟烷作为前驱体制备的纳
14、米杂化有机硅溶胶,纳米粒子平均粒径在100 nm以内,具有低的起始黏度、很高的渗透性、亲和力及粘附力；涂膜疏水性强,硬度高,是一类渗透性强的优良的耐候防腐疏水涂料。李玉平等以有机硅和石蜡合成了疏水剂，并把它作为一种功能性组分加入到乳胶漆体系中,能够很大程度上提高乳胶漆的耐沾污性、耐洗刷性和耐候性。2004年，王金台等2采用正交试验法研究了反射隔热涂料的工作原理，确定了涂料的各种功能性填料种类及用量，体系的PVC值在4050比较合适，漆膜呈现菲涅尔反射，大大提高了涂膜对太阳光的反射比。在相同配方下，比较添加普通填料、氧化锌、堇青石、玻璃微珠、陶瓷微珠等不同功能性填料时涂膜的反射比和稳定性能，发现
15、添加玻璃微珠的涂膜反射比和稳定性能较好。2006年，罗才平6等主要以高弹性丙烯酸共聚乳液和乙烯/醋酸乙烯共聚乳液为基料，配以一定量的改性材料、填料及助剂共混而成的环保型隔热防水涂料，该产品隔热防水性能突出。1.3 研究主要内容将研究新型的乳胶漆用疏水剂，作为功能性填料加进乳胶漆体系中使涂膜具有更强的疏水性，从而提高乳胶漆的耐沾污性。针对现今涂料的隔热效果比较差，性能单一及隔热机理单一等问题，本课题是在了解各种颜填料高耐候性、耐洗刷性和对光、热的反射、吸收和发射等基本理论的基础上，从目前隔热材料的状况出发，合理选择一种或几种具有隔热效果的功能性材料运用于涂料中，并重点研究二氧化钛包覆空心微珠新型
16、隔热材料隔热效果。1.4 隔热涂料的发展方向一种隔热效果良好的涂料往往是两种或多种隔热机理同时起作用的结果。上述的三种隔热涂料各有其优点，因此可考虑将它们综合起来，充分发挥各自的特点，进行优势互补，研制出多种隔热机理综合起作用的复合隔热涂料。国内隔热功能涂料的研究还处在起步阶段,研究工作主要集中在成膜物改性、涂料配方的调整、填料的选择等方面。热红外低发射型填料的研究主要是降低目标表面的发射率。将低辐射涂层涂装于基质内表面,以减少热量向物体内部辐射,在隔热方面的综合研究与应用还比较少。隔热功能涂料呈现出以下发展趋势: (1)环保性环保是新材料开发首要考虑的因素。传统的涂料多为溶剂型,施工后涂料中
17、有机溶剂大量挥发,污染了环境,也对人体健康构成严重危害。因此,开发“绿色环保”涂料刻不容缓。(2)单层隔热功能涂层材料目前,隔热功能涂层一般由底漆、中漆和面漆组成。多层涂料体系在涂覆过程中很难保证面漆层的光滑与厚度一致,因此开发单层涂料体系的隔热功能复合材料具有一定的经济价值。综合反射、阻隔、辐射3种类型涂料的优点,要有效地减少材料内外热量的传递和交换,应该在功能隔热材料的开发上多做文章,积极研制开发导热系数低、近红外高反射、远红外高发射的新型材料,特别是纳米功能涂料的开发与应用。同时,研究者们还应该进一步加强对光、热反射、吸收及辐射等基础理论,以及聚合物和无机材料中热能储存、转换及传递规律的
18、研究,充分发挥阻隔、反射和辐射之间的协同效应,进而研制出新型高反射隔热型、可薄层涂装的、具有优异保护与装饰性能的隔热功能涂料1。(3)研制生产复合型多功能隔热涂料。一种保温效果良好的涂料，往往是两种或多种隔热机理同时起作用的结果。各种隔热涂料各有优点，因此可考虑将它们综合起来，充分发挥各自的特点，研制出性能优良的复合型隔热涂料。不同使用条件对隔热涂料会有一些特殊的要求，研制耐高温、保冷、防水、防水、防腐、抗氧化、抗辐射、减振等多功能结合的涂层，将更具吸引力和竞争力。(4)积极开发新型隔热涂料及相关技术。应积极开发新型隔热涂料，如低辐射传热涂料，高效薄层辐射防腐一体化涂料，真空绝热涂料，光催化降
19、解甲醛等。1.5 隔热涂料的分类隔热涂料根据隔热机理和隔热方式的不同可分为阻隔型隔热涂料、反射型隔热涂料和辐射型隔热涂料三类。阻隔型隔热涂料的隔热机理比较简单，是一种通过热传递的阻抗作用实现隔热的被动式降温涂料。反射型隔热涂料是通过反射可见光及红外光的形式把太阳光能量隔绝的涂料。辐射隔热涂料通过辐射的形式把建筑物吸收的热量以一定的波长发射到空气中，从而达到良好隔热降温效果的涂料。1.6 复合隔热涂料 阻隔型隔热涂料、反射型隔热涂料和辐射型隔热涂料各有其优缺点，可以考虑将他们综合起来，充分发挥各自的特点，进行优势互补。最佳隔热降温涂料的基本功能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
20、功能。现阶段最有效可行的方法是做一个多涂层的复合体系，面涂层的功能要求符合光、热的反射、吸收和发射机理；中涂层的功能是通过热传递的阻抗作用实现隔热，一般采用低导热率的组合物或在涂膜中引入热导率极低的空气，以获得良好的隔热效果。配合具有防腐防水功能的底漆，使之成为一个完整的隔热体系。随着研究的不断深入，技术的不断成熟，集三种隔热功能为一体的高效薄层隔热防腐一体化的水性隔热涂料将成为研究的主要方向。1.7 水性隔热涂料 1.7.1 基料 基料是决定涂料性质的物质，其在涂料中主要起到成膜或粘结填料与颜料，使涂料在干燥或固化后能形成连续涂层的作用。多数水性涂料都是乳胶漆。乳胶漆中的粘结剂是一种以微粒的
21、形式分散在水中的固态、塑胶状物质。乳胶也被称为乳液，其性质对制漆和涂膜性质影响甚大，乳液粒径，疏水性，相容性(或稳定性)对乳胶漆的制备影响很大，乳液粒径，玻璃化温度，耐水，耐碱性，耐紫外降解等性能对涂膜的性能影响很大。建筑涂料用乳液大多为非交联型的热塑性乳液。常用的乳液有：纯丙烯酸酯共聚乳液(纯丙乳液)、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液(苯丙乳液)、醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液(EVA乳液)、硅丙乳液等。硅丙乳液是近年常用的一种乳液，是一种丙烯酸酯类，在主链上加成、接枝共聚有机硅氧链，可赋予涂膜优异的耐候性、抗沾污性、保色性、耐水性、耐碱性；与纯丙、苯丙等乳液相比，成膜具有较高的光泽、较佳的耐盐雾性、耐
22、碱性、防腐性、极强的附着力、耐水性好、耐候性好等特点。可直接用于金属材料的防腐材料，金属漆、富锌漆、防水涂料、木器漆和各种涂料的面漆，高档外墙漆。1.7.2 颜填料颜料是使涂料具有所需颜色，在乳胶漆中主要提供遮盖力和装饰性，颜料还应具有良好的耐碱性、耐候性。建筑涂料中使用的颜料有无机矿物颜料、有机颜料和金属颜料，由于有机颜料的耐久性较差，故较少使用。建筑涂料中常用的颜料有氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁绿、氧化铁棕、氧化铬绿、钛白、锌钡白、群青蓝、铝粉、铜粉等。而立德粉、钛白粉和氧化锌是最常用的无机颜料。颜料又可分为彩色颜料与白色颜料。自二战以来，白色颜料占据了统治地位，其中最常用的就是钛白粉。1.
23、7.3 隔热功能填料隔热功能填料是一种特殊的填料。常用的隔热功能填料有空心微珠、红外陶瓷粉等。玻璃微珠作为一种填料独到之处在于它是空心球形、 密度小且导热系数小 ,在美国已成为比较成熟的工程用材料 ,在英国也得到了较为广泛的应用。空心微珠在表层涂层中添加量要受到严格限制, 这是因为空心微珠自身呈灰色, 含量过多会导致涂层呈现一定颜色,从而增加对太阳辐射热的吸收。而单层涂料体系比多层体系在成本、 运输、 使用上都有很大的优势,并且单涂体系可以良好控制涂层的平整性, 进而增加涂层的太阳光反射能力。在空心微珠表面附上一层TiO2薄膜, 这样可以提高空心微珠的白度;另外TiO2薄膜对太阳光的反射比高,
24、能起到反射太阳光的功能,这样就能够增加空心微珠的使用量,提高其隔热降温能力5。1.7.4 填料体质颜料又叫填料，是乳胶漆的重要组成部分。填料是主要起到改善涂膜机械性能，增加涂膜厚度，减少涂膜收缩，降低涂料成本等作用的物质。随着粉料深加工技术的发展，体质颜料经过改性和精制，具有许多其它性能。如将其加入乳液涂料中增进涂料的流动性等。乳胶漆中使用的填料品种很多，常用的有重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉、硅灰石粉、云母粉、高岭土、沉淀硫酸钡、膨润土、灰钙粉、超细硅酸铝、石英粉等。1.7.5 润湿分散剂润湿剂、分散剂一般是表面活性剂。润湿剂主要是降低物质的表面张力，其分子量较小。分散剂吸附在颜料的表面上产
25、生电荷斥力或空间位阻，防止颜料产生有害絮凝，使分散体系处于稳定状态，一般分子量较大。润湿分散剂的应用效果如下：(1) 增加涂膜的光泽改善流平性(2) 降低色浆的粘度改善流动性(3) 提高涂料贮存的稳定性(4) 提高颜料的着色力和遮盖力(5) 能取得防止浮色、流挂、沉降效果(6) 改善涂料的流变性分散剂按其结构来区分，可分为：阴离子型，阳离子型，非离子型，两性型，电中性型，高分子型（包括高中低分子量）超分散剂。现在市场上用的大部分是属于阴离子和非离子型的润湿分散剂。1.7.6 消泡剂由于乳胶漆中使用了表面活性剂，如乳化剂、分散剂等，易产生泡沫，会造成涂膜缺陷，使涂膜保护性能和装饰性能随之下降。因
26、此，消泡剂的使用必不可少。消泡剂分硅类消泡剂和非硅类消泡剂，硅类消泡剂消泡效率高，消泡力持久，但分散性较差，易出现过缩孔、油点、缩边、再涂性较差；非硅类消泡剂分散性好，不易出现过缩孔、油点、缩边，但消泡效率较低。1.7.7 增稠剂增稠剂是一种流变助剂，加入增稠剂后不仅能使涂料增稠，同时还能赋予涂料的优良的机械及物理化学稳定性，在涂料施工时起到控制流变性的作用。由于水性建筑涂料乳液和颜填料体系粘度太低，没加入增稠剂之前易出现分层、絮凝、沉淀等问题，涂料的贮存稳定性、开罐性能、施工性能都不令人满意，加入增稠剂之后，改善了涂料的流变性，减弱了因乳液和颜填料体系粘度低等问题。目前常用的增稠剂有纤维素醚
27、及其衍生物类、缔合型碱溶胀增稠剂和聚氨酯增稠剂。 纤维素醚及其衍生物类增稠剂主要有聚阴离子纤维素、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素等。碱溶胀型增稠剂分为两类：非缔合型碱溶胀增稠剂和缔合型碱溶胀增稠剂。聚氨酯增稠剂和疏水改性非聚氨酯增稠剂,聚氨酯增稠剂是一种疏水基团改性乙氧基聚氨酯水溶性聚合物，属于非离子型缔合增稠剂。1.7.8 成膜助剂成膜助剂又称聚结助剂，它能促进乳胶粒子的塑性流动和弹性形变，可降低成膜物质的玻璃化温度和最低成膜温度，增加涂料的流动性，促进涂膜的完整性、流平性、附着性、耐洗刷性、减慢涂膜干燥时水分的蒸发速度，使涂膜边缘保持较长时间的润湿，消除
28、涂料施工时涂刷接头。成膜助剂种类有苯甲醇、乙二醇、丙二醇、乙二醇乙醚、松节油、醇酯-12等，其中醇酯-12单独使用最为广泛。1.7.9 疏水剂水性疏水剂是一种混合体化合物，经科学技术表面改性处理后，分散在水中形成稳定的分散体，加入涂料中能在涂料成膜表面形成一种特殊抗水结构（改变接触角）使表面具有极强的疏水、憎水、防水、提高遮味效果。同时不影响涂膜的透气性；既避免了有机硅疏水材料差的重涂性，也避免了其它疏水剂透气性差的局面。使涂料具有良好的荷叶双疏水性、自洁性、憎水性、防水性、耐污性、耐擦洗性等性能。1.7.10 其他助剂其他助剂包括PH调整剂，以及部分功能助剂，如防静电剂、疏水增滑剂、防锈剂、
29、防冻剂、防霉剂等，按照对乳胶膝制造、储运、施工、涂膜的初始长久性能的影响而言，影响面较单一，配方比较简单。如：防霉剂防止涂膜长霉；防腐剂防止储存中发生霉变；防冻剂改进冻融稳定性。一般而言，助剂对人体具有一定的伤害，因此，高品质的涂料都是通过合理科学的配方，采用高性能的基料来提高涂料的性能。第二章 实验部分2.1 原料表2-1 原料一览表种类名称规格乳液纯丙乳液AC-261苯丙乳液RS-998A硅丙乳液RS-996KD、颜料金红石型钛白粉CR-828隔热功能填料二氧化钛包覆空心玻璃微珠自制普通填料硅藻土2500目滑石粉2500目高龄土2500目重质碳酸钙1000目分散剂聚羧酸钠盐型分散剂SN-5
30、040湿润剂壬基酚聚氧乙烯醚成膜助醇酯12Texnaol防霉剂FPW杀菌剂KSG201消泡剂有机硅类AMP-19矿物油类CF-246增稠剂羟乙基纤维素Qp-30000碱溶胀型增稠剂TA-710缔合型聚氨酯增稠剂RM-5000其他助剂疏水剂自制0.5氨水AMP-95PH蒸馏水实验室自制2.2 实验仪器与设备2.2.1 实验设备表2-2 主要设备一览表名称型号生产厂家高速电动搅拌器U400/80-220上海微达工贸有限公司真空干燥箱ZK-82B上海市实验室仪器总厂旋转式黏度计NDJ-1上海天平仪器厂膜漆附着力试验仪QFZ天津市天平仪器有限公司漆膜抗冲击器QCJ天津市精科材料试验机厂三角度数字光泽度
31、计WGG中国福建泉州伟达计量仪器厂便携式铅笔法硬度计QHQ-A天津中亚材料试验机厂涂料耐洗刷测定仪QFS天津市精科材料试验机厂电热鼓风箱DHG-9053A上海精宏实验设备有限公司热箱200*200*400自制聚苯乙烯泡沫塑料箱电子天平JA1203N上海精密科学仪器有限公司箱式电阻炉A-10上海圣科仪器有限公司2.2.2 主要仪器表2-3 玻璃仪器一览表名称规格数量备注温度计50 / 100 若干水银显示表面皿按实验要求若干玻璃棒按实验要求若干烧杯50/100/125/250ml若干三口烧瓶500ml1量筒10ml若干2.2.3 其他材料表2-4 其它材料一览表名称规格数量石棉水泥板按实验要求若
32、干马口铁板按实验要求若干涂膜器QZB1漆刷按实验要求若干秒表-1铁架台中若干调刀按实验要求若干三脚架中若干2.3 实验装置图2-1制备二氧化钛包覆空心微珠实验装置图图2-2 涂料制备实验装置图2.4 常规试验方法2.4.1 标准试验条件 实验室标准试验条件：温度：（252）；相对湿度：（505）%2.4.2 试板的制备试验用底板除附着力和耐冲击性外，其它性能检测均为石棉水泥板，规格150mm70mm5mm。其表面处理按GB 9271进行。试板的制备按GB 9125进行，涂刷后在自然环境下放置7天。具体涂膜方法如下表： 表2-5 涂膜标准检验项目制板要求尺寸mmmmmm线棒涂布器规格养护期/d第
33、一道第二道第三道干燥时间15070（46）100耐水性、耐碱性、耐沾污等15070（46）120807耐洗刷性15070（46）120807隔热性能15070（46）1001208072.4.3 涂料的常规性能测试 (1) 遮盖力（参照GB/T1726-79）涂料遮盖力是指把色漆均匀涂布在物体表面上，使其底色不再呈现的最小用漆量。用g/m2表示。本课题选用其中的甲法：刷涂法。此法是用漆刷将油漆均匀快速地刷在黑白格玻璃板（100mm200mm）上，直到看不见黑白格为止。用减量法，称取所用涂料重量，并用下式计算在黑白格板上的遮盖力X（以湿漆膜计）式中： W1未涂刷前盛有油漆的杯子和漆刷的总重量(g
34、);W2涂刷后盛有余漆的杯子和漆刷的总重量(g);S黑白格板涂漆的面积(m2)(2) 耐洗刷性（参照GB/T926688） 耐洗刷性是指漆膜在特定的条件下，经反复擦洗最终完全消失时，被擦洗的次数。国家标准中具体检验方法为：制作规定尺寸与厚度的标准试板，放入标准的耐洗刷试验仪，滴入洗涤介质，来回往复地擦洗，同时仪器自动记录洗刷次数，当漆膜完全被擦洗掉时（即出现露底现象），仪器上的数据即为耐洗刷次数。取按规定制备好涂层的样板，置于QFS型涂料耐洗刷测定仪上，并两边固定，使试样受450g负荷洗刷，同时以皂液（0.5）润湿毛刷。至规定次数后，取下试板，用水冲洗，观察漆膜是否有破损，露底。(3) 耐水性
35、（参照GB/T926588）在规定尺寸的石棉水泥板上制备标准厚度的漆膜，恒温恒湿养护至要求 7 天时间。用11 的松香和石蜡混合物封边。将 2/3 浸泡在蒸馏水或自来水中，浸泡标准规定的时间后，检查试板，有无失光、变色、起泡、起皱、脱落等现象，以及干燥后的恢复时间，以此来判断涂料的耐水性。(4) 耐碱性（参照GB/T926588）在标准尺寸的石棉水泥板上按照标准规定制备试板，将制好的试板用 11 的石蜡和松香混合物封底封边。然后将试板面积的 2/3 浸入温度为 232的氢氧化钙饱和溶液（以100mL蒸馏水中加人0.12g氢氧化钙的比例配制碱溶液井进行充分搅拌，该溶液的pH值应达到12-13）中
36、。浸泡结束后，取出试板用水冲洗干净，甩掉板面上的水珠，再用滤纸吸干。立即观察涂层表面是否出现起泡、裂痕、剥落、粉化、软化和溶出等现象。(5) 漆膜硬度采用便携式铅笔法硬度计试板的硬度，铅笔硬度范围由为6B-6H。将制好的板放在水平台面上，从最硬的铅笔用起，用固定器固定铅笔，使其与样品呈45度，笔尖方向远离操作者，并向远离操作者方向划去。直到不会刮破漆膜的铅笔硬度即为漆膜硬度。(6) 漆膜外观（参照GB/T9755-2001）涂膜干燥后目视检查，如漆膜平整、均匀、无针孔、无缩孔、无流挂、无明显刷痕、颜色与标准色差异不明显、光泽符合要求，即视为外观合格。(7) 干燥时间（参照GB/T1728-79
37、）涂料从流体层到全部形成固体涂膜这段时间称为干燥时间，即涂料从粘稠转化到固态涂膜所需的时间。干燥时间可分为两个阶段，即表干时间（表面干燥时间）和实干时间（实际干燥时间）。本课题采用指触法：以手指轻触摸涂膜表面，如感到有些发粘，但无漆粘在手指上，即为表面干燥。(8) 附着力（参照GB/T1720-89）漆膜与被涂物件表面通过物理和化学力的作用结合在一起的坚牢程度，称为附着力。采用划圈法测附着力。将产品按规定涂于马口铁板上，完全干燥后，用漆膜附着力试验仪测试漆膜的附着力，实验结果用4倍放大镜观察划痕。实验结果按下图的评级标准：图2-2 附着力评级标准图(9) 耐冲击性（参照GB/T1732-93）
38、采用漆膜抗冲击力器测定涂料铁板的抗冲击性能，并用4倍速的放大镜观察漆膜有无裂纹，皱纹及剥落等现象。(10) 光泽度（参照GB/T9754-88）利用光泽度记对试验漆膜的平行于涂布方向的三个不同位置进行测试，求所得的三个值的平均值。2.4.4 二氧化钛包覆空心玻璃微珠包覆效果测试（1）二氧化钛包覆空心玻璃微珠的微结构，可以通过SEM电镜扫描来观察其微结构。通过扫描的图像对比，包覆后的与包覆前空心玻璃微珠我扫描图的对比，观察其是否有包覆，和确定其是否包覆完好。（2）二氧化钛包覆空心玻璃微珠的相组成，运用XRD分析二氧化钛包覆空心玻璃微珠的相组成，通过XRD图的衍射峰来分析二氧化钛的晶型，确定是鋭钛
39、型还是金红石型二氧化钛。2.4.5 涂料隔热性能的测试涂料隔热性能的测试，在国外通过太阳辐射后表面温度、节能及耐久性等因素来评估涂料的隔热效果。在我国，对于涂层隔热性能的测试，目前还没有相应的标准。一般采取两种方法：一是测定涂层的反射光谱，观察其在太阳辐射光谱区域是否有高的反射率；二是直接测定，比较在红外灯照射下涂层下表面的温度。本课题采用直接测定法（热箱测试法）。装置为用聚苯乙烯泡沫塑料做成尺寸为200mm200mm400mm的热箱。热箱壁厚100mm，在顶部正中央开一150mm70mm的缺口，用以放置待测试板。为达到升温稳定，替代日光照射进行模拟试验，并接近阳光下的实测效果，选择500W红
40、外灯做加热装置。测试时，采用两个热电偶，分别测定板的正面和背面的温度。试验步骤如下：样板规格：150 mm70 mm5mm的水泥石棉板。将涂料样品涂刷于水泥石棉板上，膜厚度为300m左右。将待测试板编号后，放在热箱上指定位置，涂膜的一面朝下，其几何中心在灯泡中心下。调节灯与板之间的距离至200 mm，打开稳压电源，每隔5min记录样板两面温度，直到试板背面温度基本不变为止。取下试板，冷却至室温后，重新测试一次。图2-3 热箱图2.5 工艺流程2.5.1 TiO2包覆空心玻璃微珠制备工艺流程图无水乙醇钛酸丁酯冰醋酸空心玻璃微珠低速分 散低速分 散低速分 散蒸馏水+无水乙醇陈化烘干煅烧图2-4二氧
41、化钛包覆空心玻璃微珠工艺流程图水疏水剂分散剂湿润剂消泡剂等助剂低速分 散钛白粉硅藻土滑石粉高岭土等填料高速分 散研磨低速分 散硅丙乳液过滤成品图2-5疏水隔热涂料初始工艺流程图二氧化钛包覆空心微珠2.5.2 疏水隔热涂料工艺流程图2.5.3 TiO2包覆空心玻璃微珠制备工艺流程的选择本课题采用溶胶凝胶法制备TiO2包覆空心玻璃微珠，溶胶的制备是技术的关键 ,溶胶的质量直接影响到最终所得材料的性能 ,因此如何制备满足要求的溶胶成为人们研究的重点。近年来主要从以下几个方面对它进行了研究10。1) 加水量: 水的加入量低于按化学计量关系所需要的消耗量时，随着水量的增加，溶胶的时间会逐渐缩短，超过化学
42、计量关系所需量时，溶胶时间又会逐渐增长，这是因为若加入水量少时，醇盐水解速度较慢而延长了溶胶时间；若加水量大于化学计量，溶液相对稀释，溶液粘度下降而使成胶难，按化学计量加入时，成胶的质量好，而且成胶时间相对短。2）水的滴加速度:醇盐易吸收空气中的水水解凝固，因此在滴加醇盐醇溶液时，其他因素一致情况下观察滴加速率，发现滴加速率明显影响溶胶时间，滴加速率越快，凝胶速度也快，但速度快易造成局部水解过快而聚合胶凝生成沉淀，同时一部分溶胶液未发生水解最后导致无法获得均一的凝胶，所以在反应时还应辅以均匀搅拌，以保证得到均一的凝胶。3)催化剂:酸碱作为催化剂 ,其催化机理不同因而对同一体系的水解缩聚 ,往往
43、产生结构、 形态不同的缩聚物。研究表明 ,酸催化体系的缩聚反应速率远大于水解反应 ,水解由 H3O+的亲电机理引起缩聚反应在完全水解前已开始 ,因而缩聚物的交联度低 ,所得的干凝胶透明 ,结构致密;碱催化体系的水解反应是由OH-的亲核取代引起的 ,水解速度大于亲核速度 ,水解比较完全 ,形成的凝胶主要由缩聚反应控制 ,形成大分子聚合物 ,有较高的交联度 ,所得的干凝胶结构疏松 ,半透明或不透明。本课题采用冰醋酸作为催化剂。4)水解温度:提高温度对醇盐的水解有利 ,对水解活性低的醇盐,常在加热下进行水解 ,以缩短溶胶制备及胶凝所需的时间;但水解温度太高 ,将发生有多种产物的水解聚合反应 ,生成不
44、易挥发的有机物 ,影响凝胶性质。有时水解温度还会影响水解产物的相变化 ,影响溶胶的稳定性。因此在保证能生成溶胶的情况下 ,尽可能采取较低温度。本实验采用室温（282oC）5)陈化时间: 具流动性的溶胶通过进一步缩聚反应形成不能流动的凝胶体系。经缩聚反应形成的溶胶溶液在陈化时，聚合物进一步聚集长大成为小粒子簇，它们相互碰撞连接成大粒子簇，同时，液相被包于固相骨架中失去流动，形成凝胶。陈化形成凝胶过程中，会发生 Ostward 熟化，即大小粒子因溶解度的不同而造成平均粒径的增加。陈化时间过短，颗粒尺寸反而不均匀；时间过长，粒子长大、团聚，不易形成超细结构，由此可见，陈化时间的选择对产物的微观结构非
45、常重要。6)煅烧温度:由于纳米TiO2在不同的温度下其晶型不同，溶胶凝胶法制备的TiO2煅烧温度超过600oC时部分TiO2由鋭钛矿型转化为金红石型，而温度低于300oC时为非晶态。因而温度应该控制在500oC左右。2.5.4 TiO2包覆空心玻璃微珠的加入方式本课题工艺流程的选择主要是TiO2包覆空心玻璃微珠的加入方式的加入方式，TiO2包覆空心玻璃微珠的加入方式主要包括：1. 作为普通填料方式加入。在不改变或少改变生产工艺的要求，在隔热功能涂料的制备过程中，空心微珠可以当作普通填料加入。此方式加入的空心微珠能够得到更加充分的分散效果，但空心微珠应具备较高的抗冲击能力，才能承受颜填料分散过程中的高速切割。2. 在配漆阶段加入。考虑到某些空心微珠不具备高抗冲击能力（如：空心玻璃微珠），只能承受低速分散，可以在配漆价段加入。但应适当延长分散时间，才能令空心微珠分散均匀。本课题选用的空心玻璃微珠（150目），其包覆后仍在150
