0前言

随着科技的不断发展,外墙涂料也在不断向着环境友好型、经济节能型、多功能等方向发展,而传统的装饰型外墙面漆已经无法满足社会发展需求。在发达国家，外墙涂料在建筑装饰材料中所占比例超过了90%，并出台了关于外墙涂料的相关限制条件,从而促进了多功能环保型外墙涂料的发展吧。目前,外墙涂料的重点放在环境友好型产品的研发;另一方面,要提高建筑涂料功能性、耐候性耐洗刷性、耐酸碱侵蚀性等方面。相变材料是可将一-定 形式的能量在高于其相变温度时储存起来，而在低于其相变温度时释放出来加以利用的储能材料。相变材料可以从环境中吸收能量和向环

境释放能量，较好地解决了能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾,有效地提高能量的利用率间。同时相变材料在相变过程中温度基本上保持恒定，能够用于调控周围环境的温度，并且能重复使用。本文通过添加自主合成的相变材料微胶囊填料,赋予涂料控温节能的功能。采用水性改性丙烯酸乳液作为水性外墙涂料的成膜物，可以有效填补建筑微裂纹，防止雨水等渗漏，提高涂层的防护能力同。并且水性外墙涂料中助剂含量较低，在使用过程中可直接用水调节黏度进行涂布，极大地降低了VOC的排放，基本不会对环境产生影响吧。

1试验

1.1原料、仪器与试剂.

水泥：P·042.5水泥，东岳泰山水泥有限公司;标准砂;正二十二烷: 9%,阿法爱莎化学试剂公司;正硅酸乙酯:分析纯,天津市福晨化学试剂厂;甲酰胺:分析纯，北京化工厂;聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇:分析纯，萨恩化学技术有限公司;水性改性丙烯酸乳液:工业级,上海灿森化工有限公司;纳米二氧化钛:工业级，冠驰化工科技有限公司;防沉剂:工业级，凯茵化工有限公司;TSP -03消泡剂:工业级，凯茵化工有限公司;TFC-1分散剂:工业级,凯茵化工有限公司;羟乙基纤维素:工业级，兰杜新材料有限公司;滑石粉:工业级,汇合新材料有限公司;盐酸水溶液:分析纯，北京化工厂;无水乙醇:分析纯,北京化学试剂公司;去离子水:分析纯，自制。

多功能搅拌器：S31-2,巩义市予华仪器有限责任公司;集热式恒温水浴锅：DF-10IS，郑州长城科工贸有限公司;分析天平:FA2104B,上海越平科学仪器有限公司；磁力搅拌器:98-1,上海司乐仪器厂;搅拌砂磨分散多用机:JSF- -400型,现代环境工程技术研究所;建筑涂料耐洗刷仪:JTX-11,普申化工机械有限公司生产;真空烘箱:DZF-6020,上海博讯实业有限公司;多渠道温度采集仪：SIN-R200D,杭州联测自动化技术有限公司；紫外加速老化试验箱：LUV，爱佩试验设备有限公司;扫描电子显微镜:S-4700, Hiachi Limited：差示扫描量热仪：Q20，美国TA仪器公司。

1.2 试验方法

1.2.1相变材料微胶囊填料的制备

以正硅酸四乙酯为壳材，聚乙二醇-聚丙二醇聚乙二醇嵌段共聚物为表面活性剂,甲酰胺为分散介质的模板体系，通过优化核壳比的配方，以达到芯重与壳厚的良好平衡的目的。首先称量60g正二十二烧，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应釜中，在60℃条件下恒温搅拌2h。然后称量90g正硅酸四乙酯，缓慢地加入反应釜中，继续搅拌1h。.后缓慢滴加一定浓度的盐酸标准液100mL,并继续反应2h。随后继续保持60℃不变，陈化4h后得相变材料微胶囊,将产物过滤、乙醇洗涤、干燥后备用。

1.2.2水性外墙涂料色浆的制备

取200mL去离子水于制漆罐中，加入30g纳米二氧化钛1g防沉剂、0.2g TFC-1分散剂、2g羟乙基纤维素和25g滑石粉，搅拌均匀后研磨10 min过滤出料，制得水性外墙涂料色浆。

1.23可控温水性外墙涂料的制备

取100g水性改性丙烯酸乳液、38g水性外墙涂料色浆和一定量的相变材料微胶囊(掺量按占水性改性丙烯酸乳液质量计)于制漆罐中并搅拌均匀，高速分散30 min后加入0.3g TSP-03消泡剂，搅拌均匀后过滤,制得可控温水性外墙涂料。

1.3性能测试

涂料的耐水性按GB/T 1733-1993《漆膜耐水性测定法》进行测试，目视检查外观;耐擦洗性按GB/T 9266-1988《建筑涂料涂层耐洗刷性的测定》进行测试;耐碱性按GBT 9265-1988《建筑涂料涂层耐碱性的测定》进行测试；耐人工老化性能按GB/T 1865-1997《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露(滤过的氙弧辐射》进行测试。

涂料的控温性及涂层厚度的影响：采用自制建筑模型与温度传感器进行测试，搭建简易水泥基材的小型房屋模型，内置温度传感器与计算机相连，在房屋模型上喷涂不同微胶囊掺量的控温涂料及不同厚度的控温涂料，在一定温度下记录房屋模型内温度的变化情况。

1.4 样板的制备及养护

把称量好的水泥与标准砂按比例混合好，并与水放入搅拌机中搅拌均匀，将搅拌好的净浆装入模具中,并连底座一起放在振动台上振实60次，然后连模具一起置于标准养护室中养护1d后脱模，并用石蜡把基板成型面和4个侧面密封。在涂料涂覆之前，要先对基板进行简单处理，使基板表面无粉尘、颗粒、明显凹凸等现象并保持基材表面湿润，但无水珠。

2结果与讨论

2.1相变材料微胶囊的合成机理

采用无机材料取代有机高分子材料作为壁材，通过界面聚合法制备以二氧化硅为壳材、以正二十二烷为芯材的相变材料微胶囊，反应机理见图1。

图1  相变材料微胶囊的反应机理

作为油溶性单体的正二十二烷融化后，通过搅拌在水相介质中形成粒径均匀的小液滴，并利用表面活性剂使小液滴保持稳定，见图2。然后加入硅源使其均匀地包覆到正二十二烷小液滴表面，通过正硅酸四乙酯的水解反应，在正二十二烷小液滴表面形成均匀的二氧化硅外壳,由图3可见，合成的相变材料微胶囊大小均匀，形态良好。二氧化硅无机壳材具有高分子壳材无法比拟的高强度、难燃性、高热稳定性、高导热性和材质更致密等特性,所形成的壳芯微胶囊结构更趋稳定，胶囊壁对相变材料的保护效果也更好，由图4可明显观察到微胶囊的核壳结构，进步证明了成功地合成了微胶囊.因此可有效改善传统微胶囊相变材料易破裂、易泄漏、易流失等缺陷，极大地提高微胶囊相变材料的抗渗透性和阻燃性,从而显著延长其使用寿命、扩大其应用范围。

图2  正二十二烷小液滴的显微照片

图3  相变材料微胶囊的SEM照片

图4  相变材料微胶囊的破壳照片

2.2微胶囊掺量对涂料耐水性的影响

建筑外墙涂料要经常遭受雨水的冲洗和浸泡，如果涂料耐水性较差，则极易造成涂层脱落，从而降低涂层的防护能力。通过掺加不同掺量的相变材料微胶囊，对控温涂料的耐水性进行研究，结果见表1。

由表1可见，随着微胶囊掺量的增加,涂料的耐水性先逐渐提高后降低，当其掺量达到30%时,涂料的耐水性.好,500h不起泡、不脱落、不软化，无明显变色。这是由于随着微胶囊掺量的增加，二氧化硅外壳的微胶囊协同其他的防腐颜填料，提供良好的抗渗透性，阻止和延缓外界腐蚀因子的渗透，延缓腐独发生；但微胶囊掺量进一步增加，具有填料作用的微胶囊突破成膜物的包覆上限，增加了漆膜表面或内部的孔道，使涂层耐水性变差。

2.3微胶囊掺量对涂料耐擦洗性的影响(见表2)

由表2可见，未掺微胶囊的涂料耐擦洗次数为10356次；随着微胶囊掺量的增加，涂料的耐擦洗的次数先增多后减少，当微胶囊掺量为30%时，耐擦洗次数.多,为18725次。这是由于掺加微胶囊使得涂料的漆膜更致密,二氧化硅微胶囊富集在表层，充当了润滑剂的作用，从而降低了漆膜的摩擦系数,提高了耐擦洗性；但随着微胶囊掺量的进一步增加，微胶囊在表

面富集过多,增加了漆膜的空隙，使得涂料的耐擦洗性降低购。

2.4微胶囊掺量对涂料耐碱性的影响(见表3)

由表3可见，随着微胶囊掺量的增加，涂料的耐碱性先逐渐提高后降低，当其掺量达到30%时，涂料的耐碱性.好,300h不起泡、不脱落、不软化，无明显变色。随着微胶囊掺量的增加，漆膜的耐碱性变好，这是由于粒径较小的微胶囊在漆膜内均匀分散，增加了漆膜的致密性，阻止了碱液中0H-的入侵;而随着微胶囊掺量的进一步增加，过量的微胶囊在漆膜内产生部分团聚，增加了漆膜的空隙，从而使耐碱性降低。

2.5微胶囊掺量对涂料耐人工老化性能的影响

外墙涂料直接涂覆于建筑物表面，遭受日照、雨水和温度等因素影响，因此，其耐候性将直接影响涂料的使用寿命叫。本文选用的水性改性丙烯酸乳液具有良好的耐候性，而相变材料微胶囊的掺加也将对涂料的耐候性产生影响。本试验主要通过不同时间的漆膜色差对耐候性进行考察，漆膜色差越小，涂料的耐候性越好，测试结果见表4。

由表4可见，掺加相变微胶囊提高了涂料的耐候性，随着微胶囊掺量的增加，涂料的耐候性先提高后降低，当微胶囊掺量为30%时耐候性.好。

2.6微胶囊掺量对涂料控温性的影响

纳米二氧化硅与二氧化硅空心微珠分别因其具有较强的红外线反射特性和保温隔热性，被添加到涂料中，作为功能性组分起到了较好的保温隔热效果。本文合成的相变微胶囊以二氧化硅为壳材，同时具有二氧化硅和二氧化硅空心微珠的效果，而且具有可相变功能的芯材，进一步提高了涂料的控温作用。通过耐水性、耐碱性和耐人工老化性等性能的测试可知，当微胶囊掺量为30%时,涂料的综合性能.优。因此，通过多渠道温度传感器设计专门的模型试验(见图5)来验证微胶囊掺量为30%的外墙控温涂料的效果，结果见图6。

图5  多渠道温度传感器房屋测温模型

图6  控温涂料加热和放热的温度变化

由图6可见，掺30%微胶囊控温涂料的温度变化曲线中存在温度滞回区(图中方框部分)，而未掺微胶囊的涂料在加热和放热过程中没有温度滞回区，加热过程中温度明显高于控温涂料,放热过程中温度明显低于控温涂料。这是因为在加热过程中，微胶囊化的正二十二烷在其融化温度区会发生相变并吸收潜热,有效地降低了周围温度，从而导致相应的温度滞后。而在放热过程中，微胶囊化的正二十二烷存在结晶放热行为，提高了周围环境温度,因此也存在温度滞后的现象。这也证明了掺相变材料微胶囊的涂料具有良好的控温效果。

此外,通过调整漆膜厚度对控温效果进行进一步优化。 分别在模型涂覆0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mm的控温涂料，再将模型放置50℃环境下6h,测试模型内温度，结果见图7。

图7  不同厚度漆膜的温度变化曲线

由图7可见，未掺微胶囊涂料的温度在不同厚度情况下明显高于控温涂料。而随着漆膜厚度的增加，模型温度也呈下降的趋势，当控温涂层漆膜厚度在2.0 mm时，温度.低，为39.9℃,随后温度略有升高。由此可知，当控温涂料漆膜厚度为2.0 mm时，控温效果达到.优。

3.结语

(1)利用界面聚合法成功制备了以二氧化硅为壳材,正二十二烷为芯材的相变材料微胶囊。

(2)当微胶囊掺量为水性改性丙烯酸乳液质量的30%时，制备的控温外墙涂料综合性能达到.优，耐人工老化性能达到.佳。该涂料耐水性500 h漆膜不起泡、不脱落、不软化,无明显变色，耐擦洗次数.高达18725次，明显提高了原涂层的耐擦洗次数。耐碱性也得到了有效提高, 300h漆膜不起泡、不脱落、不软化，无明显变色。

(3)通过设计模型试验证明了制备的控温涂料具有明显的控温效果；通过漆膜厚度进一步优化可知，当漆膜厚度达到2.0mm时,控温效果.佳。