高红外发射率辐射型外墙节能涂料的研制

李建涛1，蔡会武2 ( 1． 商洛学院化学与化学工程系，陕西商洛726000; 2． 西安科技大学化学与化工学院，西安710054)

陶瓷材料是由多原子组成的大分子结构的物质，多原子在振动过程中易改变分子的对称性而使偶极矩发生变化。故而，许多陶瓷材料都具有较高的发射率。过渡金属氧化物组成的红外陶瓷粉发射率达85%以上，发射出的热大部分位于波长8 ～ 13. 5 μm 范围的“大气窗口”。辐射型隔热涂料是通过辐射的形式把建筑物吸收的日光或热量以一定的波长发射到空气中，从而达到隔热降温效果的功能性建筑涂料。辐射型隔热涂料不同于用玻璃棉、泡沫塑料等多孔性阻隔型保温涂料或反射型保温涂料，因为这些涂料只能减慢但不能阻挡热能的传递，而辐射型隔热涂料却能够以热发射的形式将吸收的热量辐射至太空，从而使建筑物内部与周围环境一同降温，从而可减轻城市的“热岛”效应。
本研究基于红外辐射产生机理，制备高发射率红外辐射粉，并以此红外材料为功能填料、氟碳乳液为基料、硅酸铝纤维为增强材料、辅以其他颜填料及助剂，旨在制备一种具有优异表面性能和高红外发射的功能性外墙涂料。

1 实验
1. 1 原料
三氧化二铁、氧化铜、三氧化二钴、二氧化锰: 分析纯，天津市福晨化学试剂厂; 堇青石( 325 目) : 佛山市南海区罗村胜业耐火材料有限公司; 硅酸铝纤维( 800 目) : 山西省河津市恒泰化工有限公司; 滑石粉( 325 目) : 陕西高冠非金属矿应用开发有限责任公司; 增稠剂( ASE － 60) 、润湿剂( EC － 4500) 、消泡剂( XBE2000) 、分散剂( 5040) : 天津市博迪化工有限公司;成膜助剂( Texanol) OE300: 美国伊士曼化学公司; 氟碳乳液［固含量= ( 45 ± 1) %］: 自制; 氨水: 化学纯，天津市河北区海晶精细化工厂; 去离子水等。
1. 2 主要仪器设备
电热鼓风干燥箱( 101 － 0AB 型) : 天津市泰斯特仪器有限公司; 智能箱式高温炉( DC － B 型) : 北京独创科技有限公司;电子天平( HX502 型) : 浙江省慈溪市天东衡器厂; 远红外线发射率测试仪( 302 型) : 台湾固纬电子实业有限公司; 行星球磨机( QM － SB 型) : 南京大学仪器厂; 标准筛( 325 目等) : 浙江上虞市五四建材仪器厂; X 衍射仪( D/max2550PC) : 日本理学( Rigaku) 公司。
1. 3 红外辐射粉的制备
按配方配料( 堇青石除外) ，在行星磨上湿混一定时间，烘干，研细，过筛; 所得粉料放入陶瓷坩埚，置于高温试验电阻炉中，在特定温度下保温若干小时。所得材料经粉碎、研磨、过筛; 再按配方比例加入堇青石，混合均匀; 得红外辐射粉。
1. 4 红外辐射粉制备工艺优化
采用L16 ( 45 ) 正交表进行正交试验，优化试验工艺，设计中不考虑各因素间的交互作用，配方暂取为: 三氧化二铁:65. 00 g，二氧化锰: 10. 00 g，氧化铜: 10. 00 g，三氧化二钴:10. 00 g，堇青石粉: 120. 00 g，操作过程见1. 3。因素水平设置如表1。
表1 五因素四水平正交设计表

1. 5 红外辐射粉配方设计
为了有效减少试验次数，采用L16 ( 45 ) 正交表进行正交试验设计。具体设计中不考虑各因素间的交互影响，制备工艺采用1. 4 确定的佳工艺，具体操作步骤见1. 3。因素－水平的设置如表2。
表2 五因素四水平正交设计数据表

1. 6 红外发射氟碳外墙涂料的制备
先按配方将1 /4 消泡剂、润湿剂、分散剂和去离子水加入圆底三口烧瓶，低速搅拌0. 5 h; 然后相继加入功能填料、填料、增强材料和成膜助剂，高速分散1. 5 h; 接着加入剩余3 /4消泡剂、乳液和增稠剂，低速搅拌1. 0 h，用氨水调剂pH 至8左右，检测基本性能，过滤得到涂料产品，进行性能检测。由单因素实验确定红外辐射粉的佳加入量，红外粉加入量从16. 00 ～ 30. 00 g，每隔2. 00 g 作为1 个试验点，以涂料在8 ～ 13. 5 μm 波段的发射率高，其他性能合乎要求为依据。涂料配方见表3。
表3 涂料配方