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彩色热反射装饰砂浆的性能研究

发布时间:2019-12-18 06:03人气:

  通过在装饰砂浆中添加冷颜料,可得到高性能的彩色热反射装饰砂浆.同传统的彩色砂浆相比,热反射砂浆在保证色彩的同时,具有较高的太阳光反射比和近红外反射比,对于降低墙体表面温度具有明显效果.添加3%铁黑的装饰砂浆表面太阳光反射比仅为0.101,而添加相同掺量铁铬黑冷颜料的装饰砂浆表面太阳光反射比达到0.410.经分析可以发现,热反射砂浆表面L*(明度)值越高,太阳光反射比也相应增大,并得出了两者之间的经验公式.

  彩色装饰砂浆作为一种新型墙面装饰材料,近年来得到了广泛关注和应用。该技术▼▲最初来源于★-●=•▽欧洲,它由无机胶凝材料、有机聚合物、填料和骨料组成,用于建筑墙体表面的装饰。由于彩色装饰砂浆的弹性模量、热膨胀系数等性能与外保温体系的抹面砂浆相似,故与外保温系统有良好的匹配性和相容性。但是由于装饰砂浆本身的特点,施工后容易出现泛碱问题。因此,对于装饰砂浆,关注重点多集中在抗泛碱上。关于泛碱机理和如何抑制泛碱,很多文献开展了讨论和研究,大多以添加活性物质如偏高岭土或硅烷憎水剂等抑制Ca(O★◇▽▼•H)2 的产生和提高砂浆密实度等方式来实现,从实际应用来看,取得了较好的效果。但对于装饰砂浆的其它性能,特别是节能方面相关研究资料较少。随着装饰砂浆的大面积推广,很多建筑物的外立面大部分甚至全部墙面采用装饰砂浆,如仿瓷砖造型等,而且为了美观,大多选用砖红、土黄等较深的颜色。夏天时,我国南方地区太阳直射在砂浆表面,温度可达到60 ℃以上,一定程度上影响了外保温的效果。

  本文研究的装饰砂浆创新地使用冷颜料替换了传统颜料,在保证色彩的同时,使砂浆表面的太阳光反射比和近红外反射比大大提高,能显著降低砂浆表面的温度。彩色热反射装饰砂浆由于兼具装饰性和功能性,具有良好的应用前景。

  水泥:白水泥,P·O32.5R,河北产;机制石英砂:30~60目、60~120 目2 种规格;填料:重钙,325 目,辽宁海城;可再分散乳胶粉:RE 5010N,德国瓦克公司。触变润滑剂:987,美国Rockwood 公司;纤维素醚:PMC-15US,韩国三星化学公司;磺化密胺类减水剂:MELMENT F10,德国BASF 公司;颜料:金红石型钛白粉CR-828,科美基颜料公□◁司;氧化铁红系列颜料,德国朗盛公司;氧化铁绿5108,广州楚天公司;炭黑:CB-408,马科姆公司;冷颜料,Ferro 公司Eclipse 系列产品。其中,从红、黄、蓝、绿、黑5 种色系中各选择1 种冷颜料进行试验,传统颜料方面,除了增加钛白粉,由于酞氰蓝、群青等蓝色颜料不太适合于装饰砂浆体系,所以蓝色颜料空缺,黑色颜料除了氧化铁黑,还增加了常用的炭黑颜料进行试验。具体颜料性能如表1 所示。

  将搅拌好的砂浆填充到硅胶模具中,内腔尺寸为70 mm×150 mm×5 mm,采用一次成型的方法,为方便脱模,基材选择聚四氟乙烯板。成型后放置标准养护室养护1 d 后脱模,继续养护至28 d 后用测色仪测试砂浆表面颜色参数L*a*b* 值,并可计算不同颜色的色差△E 值。测量时采用D65 光源,每个样品同时成型6 个,测量时取算术平均值。

  参考ASTMC 1549—02《用便携式日光反射计测定接近周围环境温度日光反射的试验方法》进行测试。

  参考ASTM C 1371—04《用便携式放射仪确定接近室温材料的发射率试验方法》进行测试。

  试验中,分别将传统颜料和冷颜料按照1%、2%和3%添加量添加到基础装饰砂浆中,成型◆◁•干燥后测试砂浆表面颜色,颜色采用L*a*b* 色彩模式,该色彩模式是由国际照明委员会(CIE)于1976 年规定的一种颜◆▼色标定模式,其中L* 值代表明度,范围在0~100,最黑为0,最白为100;a* 值表示由绿到红的色彩变化,范围在-128~+128,纯绿为-128,纯红为+128,之间分为256 级。b* 值表示由◇=△▲蓝到黄的色彩变化,范围也是在-128~+128,纯蓝为-128,纯黄为+128,之间分为256 级。不同砂浆具体测试结果如表3 所示。

  从表3 可以看出,同基准砂浆相比,添加颜料后,除了钛白粉白色颜料,添加其它颜料的砂浆颜色L* 值均随着颜料添加量的增加而下降,其中黄色颜料对明度的影响相对最小,而黑色颜料变化相对最大。黄、白和黑色颜料的明度变化如图1所示。

  从图1 可以看出,黑色颜料中炭黑L* 最小,而黑色冷颜料▲★-●同铁黑相近。同传统颜料相比,冷颜料着色力相对较差,所以其添加到砂浆中后,L* 值变化较小。以黄色为例(见图2)。

  从图2 可以看出,相同掺量条件下,黄色冷颜料的b* 值略小于传统铁黄颜料的b* 值,从另一方面也说明了黄色冷颜料的着色力略差于传统铁黄颜料着色力。类似地,对于其它●颜色颜料,一般来说冷颜料着色力略差于传统颜料着色力,其中黑色冷颜料同铁黑的着色力接近,但远低于炭黑颜料的着色力。

  冷颜料的开发和应用是目前颜料领域研究的热点。所谓冷颜料,通常是指具有高的太阳光反射率、耐候性良好,并且自身化学稳定性△▪▲□△非常优异的一类颜料。冷颜料大多数是由几种金属混合物在经过高温煅烧(800 ℃以上)后化合而成,其主要成分是复合无机物,所以也叫复合无机颜料。冷颜料具有极佳的耐候性、耐温性、化学稳定性,此外,还具备较好的环保性能,其耐候性和耐酸碱性一般都能达到涂料要求级别中的最高级别5 级,耐光性一般达到8 级,比较适合应用在装饰砂浆系统中。

  -ation)的定义和分类,冷颜料根据化学成分和晶体结构,可分为14 种,其中常见的有3 种类型:金红石型、尖晶石▲=○▼▪•★型和赤铁矿型。本实验采用的5 种冷颜料样品均属于以上3 种类型[2]。

  从表4 可以看出,基准砂浆的太阳光反射比为0.678,近红外反射比为0.726。添加1%、2%和3%的钛白粉后,随着添加量的增加,太阳光反射比从0.785 增加到0.801、0.807,相应的近红外反射比分别为0.827、0.835 和0.836。而添加其它的传统颜料,该2 项指标均有不同程度的下降。其中黄色颜料相对变★▽…◇化最小,不同掺量的情况下仍保持0.5 以上的太阳光反射比。黑色下降最为明显,添加1%、2%和3%铁黑的砂浆太阳光反射比为0.182、0.145 和0.101,相同掺量的炭黑仅为0.063、0.056 和0.054,相对应的近红外反射比也仅为0.060、0.057 和0.050。

  添加冷◁☆●•○△颜料后,相同色系、相同颜料添加量情况下,同传统颜料相比,冷颜料具有更高的太阳光反射比和近红外反射比,其中黑色系最为明显,添加V778 铁铬黑冷颜料后,砂浆太阳光反射比仍保持在0.4 以上,远远高于相同掺量的铁黑和炭黑。钛白粉作为传统的白色颜料,具有良好的太阳光反射性能,是“天然”的冷颜料。人类早在几个世纪前就知道白色或浅色屋面比黑色屋面▲●…△凉快。地中海和中东一带一些城市的浅色和白色的建筑物不仅赏心悦目,而且即使是最热的一些日子也极为凉快和舒适就是最好的证明。

  从表4 测试的数据来看,添加不同比例的颜料对半球发射率影响不大。综合文献[4]也可以看出,半球发射率主要同材料本身组成有关,同材料本身颜色、明度▪▲□◁等关系不大。通常认为,添加玻璃微珠等材料可提高砂浆、涂料等的半球发射率。

  综合表3、表4 数据可以看出,太阳光反射比和近红外比指标除了同砂浆颜色有一定关系,主要同砂浆的L* 值有关。

  添加传统颜料的装饰砂浆中,经验公式为:TSR=0.0112×L*-0.2219;添加冷颜料的装饰砂浆中,经验公式为:TSR=0.0074×L*+0.1127。

  入射到外墙装饰砂浆表面的太阳辐射主要被吸收和反射,而吸收部分能量主要以辐射方式传递(见图5),该性能主要同砂浆的半球发射率有关,即同砂浆的本身组成有很大关系。而反射部分则主要同砂浆的热反射性能有关。为了降低砂浆表面温度,在砂浆组成相对固定的前提下,主要方式是需提高砂浆外表面的反射率,冷颜料的加入很好解决了砂浆表面颜色多样化同热反射性能的矛盾。

  作为“冷颜料”的特殊功能,它主要体现在着色物体对于太阳光的反射率方面,颜料越“冷”,它的反射率越高。因紫外线的穿透性很强,所有颜料往往在该波段(占5%太阳能量)都几乎不反射,所以,在可见光和近红外波段,反射率的高低决定着该颜料是否是“冷颜料”的关键。无疑,白色类型的颜料(全反射可见光)大多都是“冷颜料”,而且反射率和冷效果最好。相反,通常的黑色颜料(全吸收可见光)则应该是“热颜料”。所以优异的“冷颜料”,特别是深色的彩色颜料,在保证着色力的前提下,如何提高它的太阳光的反射率成为生产的关键,同时由于其通常用于建筑外表面的涂装,因此必须兼备优异的耐候性和耐温度变化性能。

  冷颜料最早运用在搪瓷和陶瓷行业,伴随着美国和欧洲自20 世纪50~70 年代的卷材和高性能建筑涂料的快速发展,因其优异的性能而被逐渐推广到了涂料和塑料工业产品的使用中。将冷颜料添加到装饰砂浆中,可得到性能良好的彩色热反射装饰砂浆。热反射砂浆在保证色彩的同时,具有较高的太阳总反射比和近红外反射比,对于降低墙体表面温度具有明显效果。随着装饰砂浆的推广,冷颜料也将有较大的应◆●△▼●用空间。

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