0前言

隨著科技的不斷發(fā)展,外墻涂料也在不斷向著環(huán)境友好型、經(jīng)濟(jì)節(jié)能型、多功能等方向發(fā)展,而傳統(tǒng)的裝飾型外墻面漆已經(jīng)無法滿足社會發(fā)展需求。在發(fā)達(dá)國家，外墻涂料在建筑裝飾材料中所占比例超過了90%，并出臺了關(guān)于外墻涂料的相關(guān)限制條件,從而促進(jìn)了多功能環(huán)保型外墻涂料的發(fā)展吧。目前,外墻涂料的重點(diǎn)放在環(huán)境友好型產(chǎn)品的研發(fā);另一方面,要提高建筑涂料功能性、耐候性耐洗刷性、耐酸堿侵蝕性等方面。相變材料是可將一-定 形式的能量在高于其相變溫度時(shí)儲存起來，而在低于其相變溫度時(shí)釋放出來加以利用的儲能材料。相變材料可以從環(huán)境中吸收能量和向環(huán)

境釋放能量，較好地解決了能量供求在時(shí)間和空間上不匹配的矛盾,有效地提高能量的利用率間。同時(shí)相變材料在相變過程中溫度基本上保持恒定，能夠用于調(diào)控周圍環(huán)境的溫度，并且能重復(fù)使用。本文通過添加自主合成的相變材料微膠囊填料,賦予涂料控溫節(jié)能的功能。采用水性改性丙烯酸乳液作為水性外墻涂料的成膜物，可以有效填補(bǔ)建筑微裂紋，防止雨水等滲漏，提高涂層的防護(hù)能力同。并且水性外墻涂料中助劑含量較低，在使用過程中可直接用水調(diào)節(jié)黏度進(jìn)行涂布，極大地降低了VOC的排放，基本不會對環(huán)境產(chǎn)生影響吧。

1試驗(yàn)

1.1原料、儀器與試劑.

水泥：P·042.5水泥，東岳泰山水泥有限公司;標(biāo)準(zhǔn)砂;正二十二烷: 9%,阿法愛莎化學(xué)試劑公司;正硅酸乙酯:分析純,天津市福晨化學(xué)試劑廠;甲酰胺:分析純，北京化工廠;聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇:分析純，薩恩化學(xué)技術(shù)有限公司;水性改性丙烯酸乳液:工業(yè)級,上海燦森化工有限公司;納米二氧化鈦:工業(yè)級，冠馳化工科技有限公司;防沉劑:工業(yè)級，凱茵化工有限公司;TSP -03消泡劑:工業(yè)級，凱茵化工有限公司;TFC-1分散劑:工業(yè)級,凱茵化工有限公司;羥乙基纖維素:工業(yè)級，蘭杜新材料有限公司;滑石粉:工業(yè)級,匯合新材料有限公司;鹽酸水溶液:分析純，北京化工廠;無水乙醇:分析純,北京化學(xué)試劑公司;去離子水:分析純，自制。

多功能攪拌器：S31-2,鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;集熱式恒溫水浴鍋：DF-10IS，鄭州長城科工貿(mào)有限公司;分析天平:FA2104B,上海越平科學(xué)儀器有限公司；磁力攪拌器:98-1,上海司樂儀器廠;攪拌砂磨分散多用機(jī):JSF- -400型,現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)研究所;建筑涂料耐洗刷儀:JTX-11,普申化工機(jī)械有限公司生產(chǎn);真空烘箱:DZF-6020,上海博訊實(shí)業(yè)有限公司;多渠道溫度采集儀：SIN-R200D,杭州聯(lián)測自動(dòng)化技術(shù)有限公司；紫外加速老化試驗(yàn)箱：LUV，愛佩試驗(yàn)設(shè)備有限公司;掃描電子顯微鏡:S-4700, Hiachi Limited：差示掃描量熱儀：Q20，美國TA儀器公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1相變材料微膠囊填料的制備

以正硅酸四乙酯為殼材，聚乙二醇-聚丙二醇聚乙二醇嵌段共聚物為表面活性劑,甲酰胺為分散介質(zhì)的模板體系，通過優(yōu)化核殼比的配方，以達(dá)到芯重與殼厚的良好平衡的目的。首先稱量60g正二十二燒，800mL甲酰胺，2g聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段共聚物置于反應(yīng)釜中，在60℃條件下恒溫?cái)嚢?span>2h。然后稱量90g正硅酸四乙酯，緩慢地加入反應(yīng)釜中，繼續(xù)攪拌1h。.后緩慢滴加一定濃度的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液100mL,并繼續(xù)反應(yīng)2h。隨后繼續(xù)保持60℃不變，陳化4h后得相變材料微膠囊,將產(chǎn)物過濾、乙醇洗滌、干燥后備用。

1.2.2水性外墻涂料色漿的制備

取200mL去離子水于制漆罐中，加入30g納米二氧化鈦1g防沉劑、0.2g TFC-1分散劑、2g羥乙基纖維素和25g滑石粉，攪拌均勻后研磨10 min過濾出料，制得水性外墻涂料色漿。

1.23可控溫水性外墻涂料的制備

取100g水性改性丙烯酸乳液、38g水性外墻涂料色漿和一定量的相變材料微膠囊(摻量按占水性改性丙烯酸乳液質(zhì)量計(jì))于制漆罐中并攪拌均勻，高速分散30 min后加入0.3g TSP-03消泡劑，攪拌均勻后過濾,制得可控溫水性外墻涂料。

1.3性能測試

涂料的耐水性按GB/T 1733-1993《漆膜耐水性測定法》進(jìn)行測試，目視檢查外觀;耐擦洗性按GB/T 9266-1988《建筑涂料涂層耐洗刷性的測定》進(jìn)行測試;耐堿性按GBT 9265-1988《建筑涂料涂層耐堿性的測定》進(jìn)行測試；耐人工老化性能按GB/T 1865-1997《色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射暴露(濾過的氙弧輻射》進(jìn)行測試。

涂料的控溫性及涂層厚度的影響：采用自制建筑模型與溫度傳感器進(jìn)行測試，搭建簡易水泥基材的小型房屋模型，內(nèi)置溫度傳感器與計(jì)算機(jī)相連，在房屋模型上噴涂不同微膠囊摻量的控溫涂料及不同厚度的控溫涂料，在一定溫度下記錄房屋模型內(nèi)溫度的變化情況。

1.4 樣板的制備及養(yǎng)護(hù)

把稱量好的水泥與標(biāo)準(zhǔn)砂按比例混合好，并與水放入攪拌機(jī)中攪拌均勻，將攪拌好的凈漿裝入模具中,并連底座一起放在振動(dòng)臺上振實(shí)60次，然后連模具一起置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)1d后脫模，并用石蠟把基板成型面和4個(gè)側(cè)面密封。在涂料涂覆之前，要先對基板進(jìn)行簡單處理，使基板表面無粉塵、顆粒、明顯凹凸等現(xiàn)象并保持基材表面濕潤，但無水珠。

2結(jié)果與討論

2.1相變材料微膠囊的合成機(jī)理

采用無機(jī)材料取代有機(jī)高分子材料作為壁材，通過界面聚合法制備以二氧化硅為殼材、以正二十二烷為芯材的相變材料微膠囊，反應(yīng)機(jī)理見圖1。

圖1  相變材料微膠囊的反應(yīng)機(jī)理

作為油溶性單體的正二十二烷融化后，通過攪拌在水相介質(zhì)中形成粒徑均勻的小液滴，并利用表面活性劑使小液滴保持穩(wěn)定，見圖2。然后加入硅源使其均勻地包覆到正二十二烷小液滴表面，通過正硅酸四乙酯的水解反應(yīng)，在正二十二烷小液滴表面形成均勻的二氧化硅外殼,由圖3可見，合成的相變材料微膠囊大小均勻，形態(tài)良好。二氧化硅無機(jī)殼材具有高分子殼材無法比擬的高強(qiáng)度、難燃性、高熱穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性和材質(zhì)更致密等特性,所形成的殼芯微膠囊結(jié)構(gòu)更趨穩(wěn)定，膠囊壁對相變材料的保護(hù)效果也更好，由圖4可明顯觀察到微膠囊的核殼結(jié)構(gòu)，進(jìn)步證明了成功地合成了微膠囊.因此可有效改善傳統(tǒng)微膠囊相變材料易破裂、易泄漏、易流失等缺陷，極大地提高微膠囊相變材料的抗?jié)B透性和阻燃性,從而顯著延長其使用壽命、擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

圖2  正二十二烷小液滴的顯微照片

圖3  相變材料微膠囊的SEM照片

圖4  相變材料微膠囊的破殼照片

2.2微膠囊摻量對涂料耐水性的影響

建筑外墻涂料要經(jīng)常遭受雨水的沖洗和浸泡，如果涂料耐水性較差，則極易造成涂層脫落，從而降低涂層的防護(hù)能力。通過摻加不同摻量的相變材料微膠囊，對控溫涂料的耐水性進(jìn)行研究，結(jié)果見表1。

由表1可見，隨著微膠囊摻量的增加,涂料的耐水性先逐漸提高后降低，當(dāng)其摻量達(dá)到30%時(shí),涂料的耐水性.好,500h不起泡、不脫落、不軟化，無明顯變色。這是由于隨著微膠囊摻量的增加，二氧化硅外殼的微膠囊協(xié)同其他的防腐顏填料，提供良好的抗?jié)B透性，阻止和延緩?fù)饨绺g因子的滲透，延緩腐獨(dú)發(fā)生；但微膠囊摻量進(jìn)一步增加，具有填料作用的微膠囊突破成膜物的包覆上限，增加了漆膜表面或內(nèi)部的孔道，使涂層耐水性變差。

2.3微膠囊摻量對涂料耐擦洗性的影響(見表2)

由表2可見，未摻微膠囊的涂料耐擦洗次數(shù)為10356次；隨著微膠囊摻量的增加，涂料的耐擦洗的次數(shù)先增多后減少，當(dāng)微膠囊摻量為30%時(shí)，耐擦洗次數(shù).多,為18725次。這是由于摻加微膠囊使得涂料的漆膜更致密,二氧化硅微膠囊富集在表層，充當(dāng)了潤滑劑的作用，從而降低了漆膜的摩擦系數(shù),提高了耐擦洗性；但隨著微膠囊摻量的進(jìn)一步增加，微膠囊在表

面富集過多,增加了漆膜的空隙，使得涂料的耐擦洗性降低購。

2.4微膠囊摻量對涂料耐堿性的影響(見表3)

由表3可見，隨著微膠囊摻量的增加，涂料的耐堿性先逐漸提高后降低，當(dāng)其摻量達(dá)到30%時(shí)，涂料的耐堿性.好,300h不起泡、不脫落、不軟化，無明顯變色。隨著微膠囊摻量的增加，漆膜的耐堿性變好，這是由于粒徑較小的微膠囊在漆膜內(nèi)均勻分散，增加了漆膜的致密性，阻止了堿液中0H-的入侵;而隨著微膠囊摻量的進(jìn)一步增加，過量的微膠囊在漆膜內(nèi)產(chǎn)生部分團(tuán)聚，增加了漆膜的空隙，從而使耐堿性降低。

2.5微膠囊摻量對涂料耐人工老化性能的影響

外墻涂料直接涂覆于建筑物表面，遭受日照、雨水和溫度等因素影響，因此，其耐候性將直接影響涂料的使用壽命叫。本文選用的水性改性丙烯酸乳液具有良好的耐候性，而相變材料微膠囊的摻加也將對涂料的耐候性產(chǎn)生影響。本試驗(yàn)主要通過不同時(shí)間的漆膜色差對耐候性進(jìn)行考察，漆膜色差越小，涂料的耐候性越好，測試結(jié)果見表4。

由表4可見，摻加相變微膠囊提高了涂料的耐候性，隨著微膠囊摻量的增加，涂料的耐候性先提高后降低，當(dāng)微膠囊摻量為30%時(shí)耐候性.好。

2.6微膠囊摻量對涂料控溫性的影響

納米二氧化硅與二氧化硅空心微珠分別因其具有較強(qiáng)的紅外線反射特性和保溫隔熱性，被添加到涂料中，作為功能性組分起到了較好的保溫隔熱效果。本文合成的相變微膠囊以二氧化硅為殼材，同時(shí)具有二氧化硅和二氧化硅空心微珠的效果，而且具有可相變功能的芯材，進(jìn)一步提高了涂料的控溫作用。通過耐水性、耐堿性和耐人工老化性等性能的測試可知，當(dāng)微膠囊摻量為30%時(shí),涂料的綜合性能.優(yōu)。因此，通過多渠道溫度傳感器設(shè)計(jì)專門的模型試驗(yàn)(見圖5)來驗(yàn)證微膠囊摻量為30%的外墻控溫涂料的效果，結(jié)果見圖6。

圖5  多渠道溫度傳感器房屋測溫模型

圖6  控溫涂料加熱和放熱的溫度變化

由圖6可見，摻30%微膠囊控溫涂料的溫度變化曲線中存在溫度滯回區(qū)(圖中方框部分)，而未摻微膠囊的涂料在加熱和放熱過程中沒有溫度滯回區(qū)，加熱過程中溫度明顯高于控溫涂料,放熱過程中溫度明顯低于控溫涂料。這是因?yàn)樵诩訜徇^程中，微膠囊化的正二十二烷在其融化溫度區(qū)會發(fā)生相變并吸收潛熱,有效地降低了周圍溫度，從而導(dǎo)致相應(yīng)的溫度滯后。而在放熱過程中，微膠囊化的正二十二烷存在結(jié)晶放熱行為，提高了周圍環(huán)境溫度,因此也存在溫度滯后的現(xiàn)象。這也證明了摻相變材料微膠囊的涂料具有良好的控溫效果。

此外,通過調(diào)整漆膜厚度對控溫效果進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。 分別在模型涂覆0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mm的控溫涂料，再將模型放置50℃環(huán)境下6h,測試模型內(nèi)溫度，結(jié)果見圖7。

圖7  不同厚度漆膜的溫度變化曲線

由圖7可見，未摻微膠囊涂料的溫度在不同厚度情況下明顯高于控溫涂料。而隨著漆膜厚度的增加，模型溫度也呈下降的趨勢，當(dāng)控溫涂層漆膜厚度在2.0 mm時(shí)，溫度.低，為39.9℃,隨后溫度略有升高。由此可知，當(dāng)控溫涂料漆膜厚度為2.0 mm時(shí)，控溫效果達(dá)到.優(yōu)。

3.結(jié)語

(1)利用界面聚合法成功制備了以二氧化硅為殼材,正二十二烷為芯材的相變材料微膠囊。

(2)當(dāng)微膠囊摻量為水性改性丙烯酸乳液質(zhì)量的30%時(shí)，制備的控溫外墻涂料綜合性能達(dá)到.優(yōu)，耐人工老化性能達(dá)到.佳。該涂料耐水性500 h漆膜不起泡、不脫落、不軟化,無明顯變色，耐擦洗次數(shù).高達(dá)18725次，明顯提高了原涂層的耐擦洗次數(shù)。耐堿性也得到了有效提高, 300h漆膜不起泡、不脫落、不軟化，無明顯變色。

(3)通過設(shè)計(jì)模型試驗(yàn)證明了制備的控溫涂料具有明顯的控溫效果；通過漆膜厚度進(jìn)一步優(yōu)化可知，當(dāng)漆膜厚度達(dá)到2.0mm時(shí),控溫效果.佳。