隔热保温涂料是近年来开发的一种新型保温材料，目前国外已有市场化产品，并在建筑外墙上得到了应用。隔热涂料施涂于建筑物表面可有效降低建筑物表面及内部的温度，并能缓解建筑物表面温度变化，有效地降低辐射传热及传导传热，起到隔热保温的作用 。隔热保温涂料综合了涂料及保温材料的双重特点，其应用具有重大的经济效益、环境效益和社会效益 。我国各个省市推出了自己的隔热保温涂料推广使用规范，隔热保温涂料进入快速发展时期。本研究采用普通涂料的制备工艺，分别制备出添加有高性能空心玻璃微珠以及其他功能填料的隔热保温涂料，并对其隔热性进行了考察。
１ 实验部分
１ 实验部分
１. １ 实验原料
高性能空心玻璃微珠Ｈ２０、Ｈ２５、Ｈ３２、Ｈ４０、Ｈ４６及Ｈ６０：自制；纯丙乳液２７０９：巴德富上海实业有限公司；润湿剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、防霉杀菌剂、多功能助剂：广州冠志化工有限公司；其他原料，如漂珠、二氧化钛、滑石粉、高岭土、重晶石粉、微硅粉、云母粉、硅藻土等，均为市售的工业品。
１. ２ 实验仪器与设备
１. ２ 实验仪器与设备
ＳＤＦ４００ 实验室分散砂磨机：莱州市精细化工机械设备厂；ＸＰＬ－２０ 高倍偏光显微镜：上海普丹光学仪器有限公司；涂料隔热性能测试装置（自制）；１ ６００万像素照相机。
１. ３ 隔热保温涂料的制备
首先将润湿剂、分散剂、防霉杀菌剂、部分消泡剂均匀分散在水中，然后逐步加入二氧化钛、滑石粉、高岭土等颜填料，待颜填料充分润湿分散后，在高速搅拌下搅拌３０ ｍｉｎ 制得均匀的浆料，接着降低转速并依次加入剩余消泡剂、成膜助剂、纯丙乳液、多功能助剂，充分搅拌均匀，后加入计量的高性能空心玻璃微珠，继续搅拌３０ ｍｉｎ 使微珠分散均匀，并加入适量增稠剂调节体系至合适黏度，备用。
１. ４ 测试及表征
１. ４. １ 涂料隔热性能测试
按照文献自制涂料隔热性能测试装置，如图１ 所示。其中隔热保温箱尺寸为３６０ ｍｍ×３６０ ｍｍ×３６０ ｍｍ，箱壁为３０ ｍｍ 厚的聚苯乙烯泡沫板。将刷涂隔热涂料的试板置于盒中部，涂层面向上， 将热测温仪的探头紧密置于涂层上和试板的背面处， 离探头１ ｃｍ 处用１５ ｍｍ×１５ ｍｍ 的透明胶带贴住，在盒壁上用绝缘胶带固定， 盒上方３０ ｃｍ 处固定３７５ Ｗ 红外灯模拟太阳光源进行加热。
实验前将一定量的隔热涂料均匀刷涂到３００ ｍｍ×３００ ｍｍ×６ ｍｍ 的纤维增强硅酸钙板上（干涂层厚度保持在０. ４～０. ５ ｍｍ），在室温下养护干燥７ ｄ，待涂层实干后用来测量隔热效果。实验时保持试板背面温度、箱内温度及环境温度一致，并待温度平衡后，选好测量点和时间，每隔５ ｍｉｎ 分别纪录样品背面和箱内温度，分析其隔热性能。
１. ４. ２ 高倍偏光显微镜表征
取适量的空心玻璃微珠样品于载玻片上，轻微振动使样品在载玻片上铺展开，然后在高倍偏光显微镜下获取其微观照片。
２ 结果与讨论
２. １ 高性能空心玻璃微珠的微观形貌分析
图２ 为空心玻璃微珠的偏光显微镜照片，其中ａ为Ｈ４０ 型，ｂ 为Ｈ６０ 型。
空心玻璃微珠在宏观上看是纯白色的粉末，属于碱石灰硼硅酸盐玻璃质材料。
从图２ 可以看出：微观上看空心玻璃微珠是一颗颗透明的玻璃质中空正球体，其粒径大小不等。Ｈ４０ 小颗粒粒径为２ μｍ左右，大颗粒粒径不超过１００ μｍ，有较多颗粒粒径超过６０ μｍ，壁厚为１～２ μｍ；Ｈ６０ 大颗粒粒径不超过８０ μｍ，绝大部分颗粒粒径不超过５０ μｍ，并且壁厚为１. ５～３. ５ μｍ。玻璃微珠内部为中空，因此其具有质轻的特点，而粒径大小不等则可以形成粒径上的互补，这使得空心玻璃微珠应用在复合材料中时具有合理填补空隙的特点［４］ 。空心玻璃微珠作为一种新型的无机填料，具有以下优点：（ａ） 真密度小，且可以在０. ２０ ～０. ６０ ｇ／ ｃｍ３ 之间进行调节；（ｂ）抗压能力强，可在２～８２ ＭＰａ 之间进行调节，因此其在研磨、混合过程中不易破碎；（ｃ）导热系数低，低于０. １ Ｗ／ （ｍ·Ｋ），低可达０. ０５ Ｗ／ （ｍ·Ｋ）；（ｄ）稳定性优异，空心玻璃微珠属无机非金属材料，晶型稳定，一般不与除氢氟酸外的酸碱等起反应；（ｅ）易分散，空心玻璃微珠为微米级产品，与纳米级材料相比具有表面能低的特点，不会因表面效应而发生团聚，且其为规则的球形，流动性好，因此其在应用过程中极容易在基体中均匀分散。空心玻璃微珠的各项理化性能见表１。
从图２ 可以看出：微观上看空心玻璃微珠是一颗颗透明的玻璃质中空正球体，其粒径大小不等。Ｈ４０ 小颗粒粒径为２ μｍ左右，大颗粒粒径不超过１００ μｍ，有较多颗粒粒径超过６０ μｍ，壁厚为１～２ μｍ；Ｈ６０ 大颗粒粒径不超过８０ μｍ，绝大部分颗粒粒径不超过５０ μｍ，并且壁厚为１. ５～３. ５ μｍ。玻璃微珠内部为中空，因此其具有质轻的特点，而粒径大小不等则可以形成粒径上的互补，这使得空心玻璃微珠应用在复合材料中时具有合理填补空隙的特点［４］ 。空心玻璃微珠作为一种新型的无机填料，具有以下优点：（ａ） 真密度小，且可以在０. ２０ ～０. ６０ ｇ／ ｃｍ３ 之间进行调节；（ｂ）抗压能力强，可在２～８２ ＭＰａ 之间进行调节，因此其在研磨、混合过程中不易破碎；（ｃ）导热系数低，低于０. １ Ｗ／ （ｍ·Ｋ），低可达０. ０５ Ｗ／ （ｍ·Ｋ）；（ｄ）稳定性优异，空心玻璃微珠属无机非金属材料，晶型稳定，一般不与除氢氟酸外的酸碱等起反应；（ｅ）易分散，空心玻璃微珠为微米级产品，与纳米级材料相比具有表面能低的特点，不会因表面效应而发生团聚，且其为规则的球形，流动性好，因此其在应用过程中极容易在基体中均匀分散。空心玻璃微珠的各项理化性能见表１。
隔热保温涂料的隔热性能通常由隔热温差来衡量，在ＪＧ／ Ｔ ２３５—２００８《建筑反射隔热涂料》中也对涂料的隔热温差进行了定义，即在指定热源照射下，空白试板与隔热试板背向热源一侧的表面温度的差值。然而，研究中发现在实际测试时，因光源大多为柱形或圆环状，其发射的热量在试板面上成不均匀分布，这导致在测试过程中试板背面热探头选点位置对结果的影响较大。而在相同条件下，直接测试隔热箱中的温度，并与相同时间空白样板隔热箱中温度对比，以此来研究涂层的隔热性就不存在上述问题。因此，本研究重点测试了不同时间下隔热箱内部的温度，并在此基础上对不同隔热保温涂料的隔热性能进行了研究。在隔热保温材料中，重晶石粉、硅微粉、云母粉、硅藻土、空心玻璃微珠等是常被用来做隔热性功能填料的一类材料，因此本研究分别对其在涂料中的隔热性能进行了研究。图３ 为各种功能性填料对隔热保温箱内部温度的影响。
从图３ 可以看出：在红外灯的连续照射下，隔热保温箱内温度随着时间的延长而先快速升高后趋于稳定，在６０ ｍｉｎ 后隔热保温箱内温度几乎不变。其中，空心玻璃微珠的隔热保温性能优于硅藻土、硅微粉、云母粉及重晶石粉的隔热保温性能，这与文献报道一致。与空白样板相比，含空心玻璃微珠涂层的隔热保温箱内温度平均降低了４ ℃。这是因为空心玻璃微珠具有中空、导热系数低的优点。
２. ３ 空心玻璃微珠类型对涂料隔热性能的影响
２. ３ 空心玻璃微珠类型对涂料隔热性能的影响
本研究选用不同真密度（０. ２ ～ ０. ６ ｇ／ ｃｍ３ ）的高性能空心玻璃微珠，并分别定义其型号为Ｈ２０、Ｈ２５、Ｈ３２、Ｈ４０、Ｈ４６ 及Ｈ６０。随着空心玻璃微珠密度的增加，其抗压强度逐渐增大，平均粒径逐渐减小，空心玻璃微珠粒径的大小直接影响其隔热性能的高低，因此本研究分别对上述不同型号空心玻璃微珠的隔热性能进行了考察，并同时与市场上应用较多的漂珠进行了对比，结果如图４ 所示。
漂珠与空心玻璃微珠是完全不同的２ 种材料。空心玻璃微珠是人造的，并可以通过工艺控制来获得的一类性能稳定的硅酸盐材料；而漂珠是从粉煤灰中分离出的一种灰白色空心球体，其主要化学成分为硅、铝的氧化物，其形状、大小因煤质、锅炉形式、锅炉参数、磨煤机形式等不同而差异较大，因此通常漂珠批次间会存在一定的差异，有的粒径大小差异甚至在１０ 倍以上。本研究中所用漂珠密度为０. ８２ ｇ／ ｃｍ３，平均粒径为９５ μｍ，大粒径超过３００ μｍ。
由图４ 可知，随着光照时间的延长，隔热保温箱内温度逐渐升高，含空心玻璃微珠的隔热保温箱内温度在照射６０ ｍｉｎ 后趋于稳定，而含漂珠的隔热保温箱内温度在照射６０ ｍｉｎ 后仍缓慢升高，且含漂珠的隔热保温箱内温度要远远高于含空心玻璃微珠的隔热保温箱内温度。这说明无论使用哪种型号的空心玻璃微珠，其隔热保温性能均优于漂珠。这是因为刷涂含漂珠的涂料后，涂层因漂珠的引入白度降低，其对光线的反射性降低；另一方面漂珠粒径较粗，用其配制的涂料质感较用空心玻璃微珠配制的涂料粗，含漂珠的涂层表面会出现较多颗粒状凸起（如图５ 所示），导致涂层反射隔热性降低。
此外，由图４ 还可以发现，在隔热保温箱内温度趋于稳定后，从Ｈ２０ 到Ｈ６０ 随着空心玻璃微珠密度增加，隔热保温箱内温度逐渐增加。这由两方面原因造成：一是随空心玻璃微珠密度的增加，空心玻璃微珠的平均粒径减小，其对光线的反射能力及对热能的阻隔性均降低，从而导致涂层的反射隔热性降低；二是不同型号空心玻璃微珠用量相同时，其密度越大，体积越小，空心玻璃微珠在涂层中形成连续空腔结构来阻隔热量传递的能力越低，因此涂层的隔热性越差。
２. ４ 空心玻璃微珠用量对涂料隔热性能的影响
图６ 为空心玻璃微珠与ＴｉＯ２ 复配对隔热保温箱内部温度的影响。
由图６ 可知，随着空心玻璃微珠用量的增加，隔热保温箱内温度逐渐降低，即涂料的隔热性能逐渐增强，这与文献结果一致。当空心玻璃微珠用量小于涂料总量的５％时，涂料的隔热性能增加不明显；空心玻璃微珠由５％增加到１５％，涂料的隔热性能迅速增加；当空心玻璃微珠用量超过涂料总量的１５％以后，涂料的隔热性能变化不大，仅略有增加。空心玻璃微珠的佳添加量在１５％左右。这是因为当空心玻璃微珠用量较少时，涂层中难以形成有效的连续空腔来阻隔热量的传递，而超过一定范围以后，继续增加空心玻璃微珠的用量，会使涂料的ＰＶＣ 较高，涂料质感及流平性变差，可能使得涂层内部增加一定量的微观裂缝 ，从而影响涂层的隔热性能。
３ 结 语
（１）与重晶石粉、硅微粉、云母粉及硅藻土等常规功能性填料相比，空心玻璃微珠的隔热性能更佳。
（２）空心玻璃微珠比漂珠具有更优异的隔热性能，并且空心玻璃微珠密度越小，平均粒径越大，其隔热性能越好。
（３）在一定范围内增加空心玻璃微珠的用量可以提高涂层的隔热性能，空心玻璃微珠的佳添加量为涂料总量的１５％左右。
