基于PVDF树脂涂料已经证明能够维持其余额的属性在几十年——包括优化屋顶降温的能力属性通过维护油漆TSR值在佛罗里达暴露测试。

环境友好型,或“绿色”建筑设计越来越受欢迎在北美。而绿色设计运动有许多不同的方面,最具吸引力的组件之一,从业主的角度是使用“降温屋顶”技术显著减少屋顶表面温度,从而降低建筑空调成本。 ¹ 研究由几个国家实验室,以及其他机构,指出降温屋顶的重要性降低建筑物的能源需求,缓解城市热岛效应。

全国各地的城市和州都注意这个发展并将屋顶降温需求纳入建筑规范(例如,加州的标题24)或提供凉爽屋顶激励计划,常与大型公用事业公司合作。凉爽屋顶的概念也被刊登在国家绿色建筑计划,如美国环境保护署的“能源之星”计划,和在工业项目如冷却金属屋面联盟。因此,酷屋面的概念是目前最热门的话题之一的建筑和建筑行业,以及油漆和涂料等相关行业。

PVDF的优势

最传统的屋面材料吸收一些太阳辐射,导致表面温度上升。188金宝搏bet官网这种热不仅可以转移到这座建筑的内部格局,但也加速恶化的屋面材料。188金宝搏bet官网有效长期凉爽屋顶方法必须解决这两个问题,他们必须大幅降低屋顶表面的温度在炎热的天,而且他们必须保留的能力,使用寿命长,理想情况下以最小的维护。

最抗寒耐热的涂层金属屋面基板,以及其他建筑组件,是基于聚乙二烯二氟化物(PVDF)树脂。这些涂料的杰出的阻力光化学降解导致优秀的光泽和颜色保留,以及抗粉化。 ² 介绍了第一聚合物粘结剂氟碳建筑涂料1965年商业。 ^3、4 从那以后,成千上万的世界各地的建筑被涂上线圈或喷油漆用这种产品。现有的测试板从1960年代继续显示非凡的颜色保留经过近40年的南佛罗里达曝光。大多数商业PVDF树脂涂料销售非水分散涂料,需要一个简短的烘烤温度约为230°C (446°F)或更高,通常他们被应用于金属基板等金属线圈或铝型材。

达到实用与优秀的耐候性涂料,PVDF涂料通常使用最持久的等级的无机颜料, ⁵ 以及少量的丙烯酸树脂根据单体甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯等。丙烯酸树脂是用于提高一些特定的属性,如颜料润湿和涂层附着力,很难获得与纯粹的PVDF由于其化学惰性。使用的丙烯酸树脂与PVDF热动力混相,这样涂料粘结剂实际上有一种烘烤后互穿网络(IPN)合金结构。

因为这张榜单结构在本质上是热塑性的,热力学稳定,主要基于光化学惰性PVDF树脂,PVDF树脂颜料显示保留其防护能力和审美属性几十年来,即使在屋顶具有挑战性的热环境。这耐久性与传统的化学交联粘合剂,如聚酯、阳光的组合,湿度和温度,可以很容易地80°C (176°F)以上,在朝南的屋顶在炎热的一天,被迅速交联网络的加速退化,导致失去光泽,粉化,和潜在的灾难性故障的油漆。

总太阳能屋顶反射率和冷却技术

两个关键的物理性质很大程度上决定多少热量积聚在表面暴露于太阳辐射:辐射率和反射率。发射率是衡量热物体辐射出热量的能力。一般低(不利)裸露的金属和高(有利的)各种聚合物涂料,包括PVDF涂料。反射率-辐射能量在多大程度上反映了/分散而不是吸收——取决于许多因素的控制下的涂料配方设计师和涂布。

常见的太阳能反射率测量的是总太阳能反射,或临时避难所。 ⁶ 大致说来,TSR是分数的太阳能反射涂层。TSR值考虑整个太阳光谱中包含的能量,包括近红外光谱区域,包含太阳辐射能的一半。一般来说,更高的TSR值将产生一个凉爽屋顶。

这两个措施,发射率和TSR,被用在许多新兴凉爽屋顶的标准,但具体要求相差很大,由于其他因素,包括屋顶的音高和当地的气候。还有一个趋势要求不仅初始涂层的反射率应符合一定的标准,而且反射率应保持。例如,符合能源之星”标签的缓坡屋顶表面,涂层最初的TSR必须超过0.65规模从0到1,和必须大于0.50后三年。其他项目,如LEED(能源与环境设计领导,由美国绿色建筑委员会),和加州的标题24,有不同的要求。

大部分的数据用于建立最低标准field-exposed涂料是由西澳Miller博士的橡树岭国家实验室(ORNL)。 ⁷ 米勒和他的团队分析了数百个测试板代表各种树脂化学和色素类型暴露在各种工业测试网站,包括南佛罗里达测试网站。聚合物涂料的最大因素确定TSR的年级是色素,用于夹大衣。然而,最近的研究表明,有贡献TSR底漆和预处理,并从聚合物粘结剂用于夹大衣。 ⁸

ORNL的研究表明,最古老的历史测试板涂有PVDF-based描绘保留90%以上的反射率甚至经过几十年的佛罗里达曝光。表1显示了一些代表性的结果,包括深色的结果低(TSR)油漆,这将会有一个更严重的热历史。

泥土皮卡和藻类的生长,当然,可以大大减少“降温屋顶”传统涂料用树脂的特性,如弹性丙烯酸树脂。 ⁹ 图1说明了这个肮脏的小问题测试白屋顶后九年在佛罗里达。弹性丙烯酸屋顶漆获得了如此多的灰尘,TSR跌破0.50,而PVDF-based漆白得多,TSR的0.80。

色素影响降温屋顶属性

如前所述,颜料的选择有很大影响TSR屋顶涂料的价值。这种效果如图2所示,它显示了一组线圈的TSR值颜料用PVDF树脂,以及不同金属氧化物颜料的成绩。

从图2中,可以看到白色的涂料有更高的TSR比黑色涂料(毫不奇怪,因为黑色涂层吸收太阳能光谱的可见部分)。然而,它也是明显,某些黑色颜料的成绩比其他人有更高的临时避难所。这种差异是由于大量不同的色素反射率在近红外区域的太阳能光谱。和其他颜色的家庭也有类似的差异。对于每个感兴趣的颜色,颜料等级最高的TSR是最适用于“降温屋顶”应用程序提供,当然,颜料本身足够抗寒耐热的。出于这个原因,更高质量的屋顶涂料是最耐用的无机颜料几乎完全由成绩。此配方的选择可以确保长期的颜色稳定性好,只要涂料粘合剂本身也足够稳定。

因为黑色涂层吸收太阳能在可见区域,他们可能显示的最大受益于更高的TSR色素的使用等级的降低热量积聚。图3显示了测量温升对涂料的集合描述在图2中,当放置在一个红外线盒(模拟发生在阳光直射在屋顶)。TSR黑色颜料越高,温升略高于观察白色的控制面板。相反,低TSR黑色颜料,红外温度上升灯箱大约是70°C (158°F) -近足够热煮水。

研究人员还测量了TSR的一系列水性测试油漆在不同色彩色调使用一种新的基于PVDF树脂乳胶技术平台技术。10测试板已经暴露在佛罗里达的5到6年时间的分析。无论颜色,这些涂料的典型的反射损失被发现未洗的电池板的3%,甚至更低如果板轻轻洗(见表2)。颜色和保光性也很好。基于这些数据,它应该可以满足降温屋顶要求在这个国家的大部分地区,包括TSR保留要求,使用各种彩色和泥土色调的颜色。

粘结剂影响降温屋顶属性

如前所述,最近的研究已经表明,有贡献TSR底漆和预处理,并从聚合物粘结剂用于夹大衣。聚合物粘结剂作用的一个例子在表3中可以看出基于不同的一系列跟橙色油漆树脂化学反应,在暴露在佛罗里达(45度朝南)22年了。 ⁶ 油漆的表显示70% PVDF树脂TSR的优势其他油漆未曝光部分的涂层。这种优势后保持接触,甚至增加聚酯相比,虽然聚酯本来有望增加TSR由于沉重的粉化。图4显示了这些电池板的保光性的函数佛罗里达风化。聚氨酯和聚酯已经完全失去了光泽在佛罗里达大约10年的风化。本系列(早些时候光泽数据不可用)。面板有70% PVDF失去光泽经过10年的风化,不到15%,保光性超过55%甚至经过22年的佛罗里达曝光。

系统地调查粘结剂对TSR的影响,研究人员准备一系列的色调蓝色涂料的颜料体积浓度但不同比例的PVDF的丙烯酸树脂涂料粘结剂。生成的油漆被投在铬酸铝AA3003基质使用绕接棒画下来,和烤获得一系列面板为每个油漆干膜厚度的变化而变化。图5显示了TSR的价值观来衡量这些涂料厚度和PVDF内容的函数。TSR提高PVDF的增加内容层次清晰可见。还有一个改善TSR厚涂料。

为了更好地理解的resin-dependence TSR,镜面反射的电影在1.4密耳干膜厚度测量是波长的函数,使用UV-VIS-NIR光谱仪与积分球(优秀的λ19)。图6显示了结果。差异存在于这些电影之间的可见的反射,但在近红外反射率较高(0.7到2.5μm)纯PVDF树脂涂层产生更高的整体太阳能反射率。

在最近的工作中,研究人员注意到类似的TSR改进当比较级乳胶涂料由70% PVDF和跟丙烯酸乳胶涂料。增加TSR的百分比将大到足以让“边际”颜色满足各种很酷的屋顶的要求标准,包括加州标题24法规,从而扩大售后屋顶涂料的颜色。

保持较高的反射率,抵抗污垢皮卡

为了满足监管要求,确保能源效率、浅色,high-TSR屋顶应该保持他们的反射率多年。出于这个原因,屋顶涂料必须抵制污垢皮卡。在相对干净的暴露环境中,如南佛罗里达,测试板具有PVDF-based油漆已经被发现失去最多只有几个百分点反射甚至经过多年的接触。但众所周知,许多亚洲城市的污垢皮卡更严重的挑战。幸运的是,一些“保持干净”技术的新发展,是旨在增强dirt-shedding PVDF涂料的性质,似乎也有效地维护TSR的价值观。

为了得到“自洁”或“dirt-shedding”属性,最常见的技术方法是创建一个亲水涂层表面。 ¹¹ 亲水表面污垢粒子之间的相互作用被认为降低了胶粘剂和漆膜,容易被露水浸湿和雨。这种效果可以让雨驱逐污垢粒子表面,与雨水薄膜表面,而不是留下水渍。因为大部分涂料粘合剂通常需要疏水为了贡献屏障属性,dirt-shedding组件通常是一个添加剂。理想的添加剂应该集中在涂层表面油漆干燥;这意味着它需要有点不符合涂料粘合剂,具有低表面能和相对较高的流动性。某些硅产品通常用作添加剂,如特定alkoxysilanes、甲基或乙基硅酸盐。这个想法是,这些材料将迁移到涂层表面油漆干燥;188金宝搏bet官网然后,一旦在表面,烷氧基组会水解,留下一个亲水表面。

对于这些表面添加剂有效工作,适当的迁移和水解率的控制实现污垢脱落性能是至关重要的。自从添加剂hydrolytically敏感材料,任何水解和缩合交联反应发生在未干的油漆可以防止添加188金宝搏bet官网剂迁移到表面烘烤期间,阻碍生成更多的水解表面。如果水解速度太快,油漆有效发展一小锅生活由于这些不能反应。相反,如果表面水解速度太慢,涂料发展缓慢是亲水表面,和它没有好的污垢脱落。在实践中,由于这些相互冲突的水解率要求,典型的商业dirt-shedding涂料通常有一个有效的生活只有24小时后添加的dirt-shedding添加剂。在这个时期之后,损失的污垢脱落发生能力和光泽。

研究人员最近能够极大地改善这种情况通过识别有效水食腐动物,可以添加到配方。 ¹² 这些材料似乎188金宝搏bet官网是有效预防过早水解和缩合反应在油漆未干,保留的能力在烘焙添加剂迁移到表面产生亲水表面。

使用这种技术,工作贮存期超过一个月已经证明了dirt-shedding涂料用PVDF。图7和表4显示了这种方法的有效性在白色颜料暴露了五个月在新加坡(45度朝南)。5个月后曝光,一个标准的70% PVDF制定了大量的污垢(ΔE = 10),而dirt-shedding配方拿起几乎没有灰尘(ΔE < 2)和没有失去光泽。dirt-shedding相同属性实现漆是否应用dirt-shedding添加剂的加入后的一天,后30天或添加剂被添加到配方。经过五个月的接触,一个标准的PVDF制定了一个相当大的反射率降低(15%),虽然两岁清新配方发明只有1%反射损失在这个极具挑战性的环境。

保持凉爽

建筑涂料包含至少70 wt % PVDF已经证明能够维持他们的余额的属性在几十年——包括优化屋顶降温的能力属性通过维护油漆TSR值在佛罗里达暴露测试。高PVDF涂料水平似乎也有一个小但在TSR其他树脂化学相比,可再生的优势。dirt-shedding利用新开发的有效方法,这些高TSR值可以长期保持,即使在肮脏的城市环境。

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