热反射隔热防腐蚀涂料的性能研究

热反射隔热防腐蚀涂料的性能研究

倪余伟;张松;董建民

【摘 要】为满足沿海地面金属油罐及其他钢铁设施的热反射隔热防腐蚀要求,经材

料选择、配方设计、工艺试验,成功研制了热反射隔热防腐蚀涂料.对影响反射隔热

涂料性能的空心玻璃微珠的种类和粒径、面漆树脂种类、钛白粉种类、纳米红外粉

料等因素进行了详细讨论.空心玻璃微珠在底漆甲组分配方中所占质量分数为8％

时,涂层具有良好的隔热性能;以24％的金红石型钛白粉、5％的空心玻璃微珠、3％

的纳米红外粉料进行复配,所制备的面漆具有较高的太阳光反射比和半球发射率.

【期刊名称】《涂料工业》

【年(卷),期】2015(045)004

【总页数】5页(P5-9)

【关键词】热反射隔热涂料;太阳光反射比;半球发射率;空心玻璃微珠;纳米红外粉料;

地面金属油罐

【作 者】倪余伟;张松;董建民

【作者单位】中国人民解放军92117部队,北京100072;中国人民解放军92117

部队,北京100072;中国人民解放军92117部队,北京100072

【正文语种】中 文

【中图分类】TQ637.6

辐射到地球表面的太阳光能量大约是每秒750 W/m2。物体吸收太阳辐射引起表

面温度过高［1］，在工程建筑、石油化工、油气储运以及国防军事等领域均造成

许多不利影响。热反射隔热涂料作为一种新型节能材料，它能有效控制金属表面受

热升温，对节约能源、保护环境、提高装备使用效能具有重要意义。

国外热反射隔热涂料研究起步较早，研究较为深入，已广泛应用于建筑、石油工业、

运输、造船、航空航天等领域［2－3］。近几年，国内研制热反射隔热涂料的报

道数量有所增多，如北京化工大学材料科学与工程学院、中科院广州能源研究所、

海洋化工研究院等单位在热反射涂料方面都有研究［4］。北方涂料工业研究设计

院研制了一种用于火箭液氧储罐表面的涂料，可以防止储罐温度升高、液氧汽化，

涂层热反射率近75%（白色）。刘先春等［5］开发了一种热反射隔热涂料，该涂

料以丙烯酸醇酸类树脂为成膜物质，以钛白粉、氧化锌和云母粉为主要颜填料，反

射率可达到80%。天津大学的康翠荣等［6］在金属底材表面采用了三膜层结构的

太阳能反射涂层，降低了表面涂层和石油储罐内液体温度，在400～1 800 nm波

长范围内，该热反射涂层反射率可达80%［6］。但这些研究大多还停留在研究阶

段，在实际生产和防腐工程中应用较少。

本研究针对海军地面金属油罐等设施以及设备所处的腐蚀环境，研制了一种同时具

备热反射性、隔热性、防腐性的热反射隔热涂料。为了简化施工工艺，底漆兼具底

漆和中间漆的双重特征，与基材和面漆均有较好的结合力。通过采用3种不同粒

径范围的空心玻璃微珠进行复配，保证了底漆具有良好的物理机械性能和耐腐蚀性

能，同时具备薄层涂装、高隔热性的特征。面漆以丙烯酸聚氨酯为主要成膜物质，

通过对金红石型钛白粉、空心玻璃微珠、改性纳米红外粉料等功能性材料进行合理

复配，使面漆具有较高的太阳光反射比和半球发射率。

1.1 主要原材料

羟基丙烯酸树脂（BP－2）：工业级，常州光明化工科技发展有限公司；环氧树脂

（CYD－011）：工业级，岳阳石化总厂环氧树脂厂；流平剂（BYK358）、分散

剂（BYK104）、消泡剂（BYK066）、缩二脲（N75）、羟基丙烯酸树脂

（A160）：工业级，德国拜耳；氟碳树脂（RF301）：工业级，阜新瑞丰氟化学

有限公司；硅烷偶联剂（KH570）：南京创世化工助剂有限公司；空心玻璃微珠

（QH－450B、QH－500S、QH－750）：工业级，秦皇岛秦皇玻璃微珠有限公

司；空心玻璃微珠（K20）：工业级，美国3M；纳米红外粉料（ZX－1）：工业

级，西安英舒新材料科技有限责任公司；钛白粉（R930）：工业级，日本石原；

钛白粉（R902）：工业级，杜邦；钛白粉（CR828）：工业级，科美基；钛白粉

（TR906）：工业级，上海颜钛实业有限公司；钛白粉（SA10）：工业级，上海

一品颜料有限公司；玻璃鳞片（2～8 μm）：工业级，廊坊市金川玻璃制品有限

公司；氧化铁红（325目）：工业级，石家庄市灯塔化工厂；沉淀硫酸钡

（BaSO4≥98%）：工业级，山西运城南风集团；改性脂肪胺（T31）、改性芳香

胺（651）：工业级，天津市津宁三和化学有限公司。

1.2 配方

经过大量试验，确定了热反射隔热防腐蚀涂料的底漆、面漆的配方组成，将它们配

套应用于地面金属油罐及管线外壁的防腐蚀涂装体系。底漆、面漆配方如表1和

表2所示。

1.3 性能测试

对热反射隔热防腐蚀涂料分别进行了机械性能试验、耐中性盐雾试验、人工气候老

化试验。考察了热反射隔热涂料的太阳光反射比和半球发射率。鉴于隔热温差可以

直观地描述热反射材料降温的程度［7］，导热系数可以反映材料的导热性能，因

此，本研究还对热反射隔热涂料的隔热温差及导热系数进行了测试。涂层导热系数

λ≤0.25 W/（m·k），一般可认为其具有较好的隔热降温功能［8］。试验方法及

标准见表3。

2.1 空心玻璃微珠种类和粒径对底漆隔热性能的影响

底漆选择空心玻璃微珠作为主要隔热填料。空心玻璃微珠的有效成分为硼酸硅盐，

具有较大的折光指数，同时，微珠的空心腔体内含惰性气体，其导热系数为

0.03～0.05 W/（m·K），能够有效减少热传导，微珠材料本身具有一定的反射能

力，隔热性能较好［9］。

微珠的粒径范围和用量对涂层的隔热性能有较大影响，粒径过小，微珠颜色较深，

反射率下降，微珠颗粒间容易出现粘附现象，导致微珠不易分散，从而难以产生良

好的隔热效果。如果微珠粒径过大，则会影响涂料的力学性能、施工性能和表面平

整度。选择了粒径适中的4种微珠进行实验，4种微珠的粒径范围分别为10～30

μm（QH－450B）、20～90 μm（QH－500S）、20～120 μm（QH－750）、

30～120 μm（美国 3M公司K20），实验结果见表4。

试验结果表明，微珠粒径分布宽、微珠含量高的样品导热系数小，隔热性能较好。

因为在热传导过程中，仅有少量热量通过空心玻璃微珠传导，而大部分热量则绕过

微珠。微珠含量增加，热传导的路径变长并复杂化，从而降低了体系的导热系数。

同时，粒径分布较宽，大小不一的空心玻璃微珠形成互补，在涂层中形成更为致密

的堆积。尤其是大粒径微珠的加入，使微珠中所含空气的比例增大，也会导致体系

的导热系数降低。但是，随着微珠含量和大粒径微珠的加入，涂膜的力学性能有所

下降，因此，本研究选择粒径不超过120 μm的空心微珠进行试验，微珠含量不

宜超过8%。本研究隔热涂料底漆即采用m（QH－450B）∶m（QH－

500S）∶m（QH－750）＝ 2∶5∶3的微珠分布，空心微珠含量为8%。

2.2 面漆树脂种类对反射隔热涂料性能的影响

为了考察面漆树脂对反射隔热防腐涂料性能的影响，选用羟基丙烯酸树脂BP－2、

丙烯酸树脂A160、氟碳树脂RF301进行对比试验，使用上述3种树脂制备的涂

料均具有良好的耐腐蚀性能和耐户外老化性能，考察涂膜的力学性能和热反射性能，

试验结果见表5。

试验结果显示，3种树脂对涂料热反射性能的影响不大，考虑到户外用涂料的性能

需求及价格因素，选择国产羟基丙烯酸树脂作为主要面漆的成膜物质。

2.3 钛白粉种类对反射隔热涂料性能的影响

金红石型钛白粉具有很好的热力学稳定性和较高的折光系数，对可见光有强烈的反

射作用，同时还是遮盖力最强的白色颜料，金红石型钛白粉是太阳热反射隔热涂层

中首选的颜料［4］。目前，市场上国产、进口的钛白粉种类较多，选择5种不同

型号的钛白粉进行了对比试验，试验结果见表6，其中钛白粉质量分数为24%

（以甲组分质量计）。

试验结果显示，不同型号钛白粉对热反射隔热涂料的性能影响不大，国产钛白粉容

易沉淀且不易搅起。进口钛白粉中，R930价格居中，性能较稳定，因此选用

R930钛白粉作为主要颜料。

2.4 纳米红外粉料用量对反射隔热涂料性能的影响

为了考察纳米红外粉料用量对反射隔热涂料性能的影响，以及空心玻璃微珠和纳米

红外粉料协同作用效果，采用西安舒英新材料有限公司生产的纳米红外粉料ZX－

1和美国3M公司的空心玻璃微珠K20进行试验。由于微珠对涂层具有明显的消

光作用，光泽下降对涂层的太阳光反射比会有影响，因此微珠的填充量控制在5%

以内，试验结果见表7。

试验结果表明，通过添加3%的红外粉料可以提高涂层的红外辐射能力，同时，玻

璃微珠作为红外粉料的载体，起到增大红外粉料比表面积的作用，提高单位面积红

外粉料的辐射能力，二者协同作用，对提高隔热涂料的半球发射率更为有利。采用

质量分数为5%的空心玻璃微珠、3%的红外粉料进行复配，制得的面漆具有较高

的太阳光反射比和半球发射率。

2.5 热反射隔热防腐蚀涂料的性能

根据表3中相关标准对实验制备的热反射隔热防腐蚀涂料的性能进行测试，结果

如表8所示。

从表8可以看出，实验所制备的热反射隔热防腐蚀涂料具有优良的力学性能和防

腐蚀性能，同时涂料的太阳光反射比为0.81，半球发射率为0.88，隔热温差为

12.4℃，表现出较好的隔热降温性能。

（1）底漆采用3种不同粒度范围的空心玻璃微珠进行复配，3种微珠的配比为m

（QH－450B）∶m（QH－500S）∶m（QH－750）＝ 2∶5∶3，微珠占甲组分

配方质量的 8%时，涂层具有良好的力学性能和隔热性能。

（2）面漆通过采用24%的金红石型钛白粉、5%的空心玻璃微珠、3%的纳米红外

粉料进行复配，其协同作用使面漆具有较高的太阳光反射比和半球发射率。

（3）性能试验证明，所制备的涂料具有优良的物理机械性能和防腐蚀性能。反射

隔热性能符合HG/T 4341—2012（金属表面用热反射隔热涂料的规定）标准的要

求。

【相关文献】

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