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保持屋顶凉爽的涂层工艺

发布时间:2015-10-6 16:14:42

      环保的绿色的建筑设计在北美日趋流行。然而绿色设计行动有很多不同的方式。从房屋主的受益点出发,其中一种最有吸引力的设计是使用凉爽屋顶技术,通过降低屋顶温度,从而降低建筑物的空调使用费。经多个国家实验室及其他科研机构的研究表明,注重凉爽屋顶技术是达到国家节能的有效方法,它可以减少建筑物和居民区对能量的需求。
      美国很多城市都在发展凉爽屋顶技术,并把凉爽屋顶的需求引入到他们的建筑法规里,或者与大公司合作开展凉爽屋顶项目。凉爽屋顶的概念因而也被美国国家绿色建筑提倡组织和工业项目所采纳,如:环境保护机构的节能之星项目,以及冷金属屋顶联盟。由此可见,凉爽屋顶概念是目前建筑行业及涂料行业中比较热门的话题。
      PVDF(聚偏二氟乙烯)涂料经过在佛罗里达数十年的曝晒测试,显示出了优越的性能,其中包括通过保持涂料的TSR值而优化凉爽屋顶技术。大多数传统的屋顶材料吸收一定数量的太阳辐射,引起表面温度的升高。这些能量不仅传到房屋里面,而且它加速了屋顶材料的老化。长期有效的凉爽屋顶方案必须要考虑以下两个问题:必须可以在炎热的天气里有效降低屋顶表面的温度,并且可以在很长的使用期里保持性能,而不需要额外的维护。
      用于金属屋顶及其他建筑表面的最耐候的涂料是PVDF树脂的涂料,这类涂料的超耐紫外光和抗化学性使其具备了卓越的光泽和颜色稳定性,以及优越的抗粉化性能。
      第一个建筑用氟碳涂料树脂于1965年被商业化,从那以后,世界上成千上万的建筑物使用滚涂或喷涂工艺涂上这一氟碳涂层。从20世纪60年代开始至今,这一氟碳涂层的测试样板在南佛罗里达曝晒测试中心经过了近40年的曝晒,仍然保持原来的颜色。多数商业化的PVDF涂料是非水性的,需要在高的温度下进行短期烘烤,因而PVDF涂料典型的应用是涂于金属基材上,如金属卷或铝板。为了获得超耐候的实用涂料,PVDF涂料通常使用最耐久的无机颜料及少量的单体丙烯酸树脂,如甲基丙烯酸树脂,乙基丙烯酸树脂。丙烯酸树脂用来提升涂料的一些性能,如颜料的分散性和涂料的粘附性,而纯的PVDF由于其化学惰性而不具备这些性能。由于所采用的丙烯酸树脂与PVDF热力学相容,因而经过烘烤后其界面处实际上是一个网络互穿的合金结构。
      由于这一网络互穿结构是热塑性的及热力学稳定的,且主要基材是光化学惰性的PVDF,因而PVDF树脂涂层经过几十年仍然具有超强的保护性,即使是温度很高的屋顶环境。传统的交联网络结构的树脂,如聚酯,处于日晒,潮湿和高温的环境里,特别是炎热天气下整日面朝南的屋顶温度可以达到80°C或更高,这些因素加速了交联网络结构树脂的降解,导致涂层光泽降低,粉化,甚至涂料性能的失效。总太阳能反射及凉爽屋顶技术积聚在太阳辐射下的建筑物表面上的热量有多少,主要决定于两个物理性能:长波热辐射和反射率。热辐射是衡量一个热物体辐射热的能力。通常金属的热辐射低,而聚合物涂料的热辐射高,包括PVDF涂层。反射率是指热量被反射和散射掉而不被吸收的比率,反射率取决于很多因素,这些因素受涂料配方和施工方法的影响。太阳反射率的一种普遍计算方法是指所有的日光反射率,或称 TSR6。笼统地讲,TSR 是指日光被涂层反射掉的比率。
      TSR决定了太阳光谱里蕴含的能量,包括储存了一半太阳辐射能的近红外区域的能量。通常,TSR越高,越有利于凉爽屋顶的生成。颜料对凉爽屋顶性能的影响如前面所述,颜料的选择对屋顶涂层的TSR值有很大的影响。然而,很明显的是不同的黑色颜料间TSR值也有很大差别。这一差别是由红外光区域颜料的反射率不同造成的。经过观察,同时发现其他颜色也有类似的TSR 差别。对于每个色系,具有最高TSR值的颜料最适合应用于凉爽屋顶的涂料。
      当然,经证明,颜料本身也要充分耐候。基于这一原因,高质量的屋顶涂料几乎无一例外地都使用最耐用的无机颜料。这一配方选择保证了涂料颜色的长期稳定性与涂料树脂的稳定性一样长久。由于黑色涂料吸收太多的可见光区的太阳能,使用高TSR值的颜料可以使它在降热方面有显著的效益。对于高TSR值的黑色颜料涂层,升高的温度比白色涂层样板只略高一点。相反,低TSR值的黑色涂层,红外箱体中升高的温度达到70°C,接近沸水的热度。实验还研究了不同颜色的一系列水性PVDF涂料的TSR值。测试样板在佛罗里达已经曝晒了5年至6年。未经清洗的这些样板反射值大约减少了3%,如果经过轻微清洗,反射值的减少要小于3%。同时这些样板仍然保持着很好的颜色和光泽。基于这些测试数据,各种淡色和深色的水性PVDF涂料可以满足不同地方对凉爽屋顶涂料的性能要求,包括TSR的保留值。
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