中國新型涂料網訊：
0 引言

       能源的開發、利用與人類社會的可持續發展息息相關，然而隨著石油、煤炭等不可再生能源的過度開采，現存的能源儲量按目前的速度將會在一代人的時間內枯竭。因而，摒棄對化石能源的依賴、尋求新能源成為全世界亟待解決的問題。生物質能源以其獨特的優勢在新能源的開發中占有絕對的比重。生物質能源是清潔的可再生能源，其中農作物秸稈是生物質能源的一大組成部分。由于稻谷秸稈含有大量的粗纖維和木質素，且磺化纖維素具有很強的保溫效果，因此，如何充分合理且有效地利用農作物秸稈天然資源，以實現資源可持續利用，對環境保護及當代農業的發展，減少石油資源的使用，都具有重要的現實意義。

       近年來，為貫徹國家“十二五”節能減排目標，進行的相關工作已經越來越多。建筑節能問題也迫在眉睫。據我國住建部統計，全國每年新建房屋面積16 億～20 億m2，其中95%以上是高耗能建筑。本課題結合當前存在的問題，意欲研究以秸稈為有機物底料發酵微生物形成的混合性保溫節能涂料性能，以期在改善當前秸稈利用現狀的同時提高傳統保溫涂料的保溫性能。

1.1 實驗材料

        苯乙烯—丙烯酸酯乳液(苯丙乳液)：固體含量48%，廣東銀洋樹脂有限公司；硅溶膠，鐵科建材有限公司；成膜助劑(TEXANOL)，四川蓉豐化工有限責任公司；云母粉,市售；滑石粉，市售；鈦白粉,市售；高嶺土，市售；增強劑，市售；消泡劑，市售；氫氧化鈉溶液；醋酸溶液；氨水(25.0%～28.0%)。

1.2 秸稈微生物發酵

       將稻谷秸稈在實驗室中風干后放入120 ℃恒溫箱中24 h，取出后用粉碎機粉碎至1～3 mm；取1.5 L 無菌水置于燒杯中，在電熱爐上加熱至30 ℃后，將15 g 百益寶混合菌種、150 g 紅糖、30 g 食鹽加入燒杯中充分混合均勻，制成發酵原水；稱取2 g秸稈碎末于培養皿中，倒入充足發酵原水，在37 ℃生化培養箱中培養480 h；20 d 后取出培養皿，秸稈碎末已變柔軟，有稍許粘稠，散發出酸甜氣味，部分培養皿中形成菌體團，此時微生物的營養物質充分，生長代謝能力強，個體數量高。在這種條件下微生物在建筑墻體涂料中生存時間是較長的。

1.3 保溫節能涂料的制備及性能測試

1.3.1 保溫節能涂料的制備

        硅溶膠涂料是繼第一代水泥涂料、第二代合成樹脂系涂料以后的第三代無機建筑涂料。研究表明，硅溶膠涂料只有與有機高分子乳液匹配才能獲得良好的涂膜性能，因此兩者的相容性就顯得尤為重要。

        前人已經將硅溶膠與一些有機高分子乳液配置成的涂料進行了比較，其中硅溶膠與苯丙乳液的相容性較好，耐水性、附著力、耐反復溫冷性、耐污性、耐老化性(1 000 h)都達到等級優的水平。

        故本實驗選用硅溶膠—苯丙乳液及一些填料、助劑等配置成有機- 無機復合型涂料作為外墻涂料，并探討發酵秸稈對建筑外墻涂料保溫性能的影響。具體的保溫節能涂料基礎配方見表1。

保溫節能涂料基礎配方

       按表1 配比準確稱量硅溶膠、苯丙乳液和成膜助劑、分散劑于容器中，放在攪拌器下攪拌，攪拌速率約為400 r/min，混合均勻；將稱量的固體粉末(鈦白粉、云母粉、滑石粉、高嶺土)均勻混合后，緩慢添加到正在攪拌的乳液中，通過高速剪切使其分散；再加入CaCO3 晶須、消泡劑，攪勻；加入適量氨水，調節涂料pH 為8～9，加入不同量(0.5～2.5 g)的發酵秸稈，得到系列生物功能保溫節能材料。

1.3.2 性能測定

        (1)保溫性能測定：將所制的復合保溫涂料，同等質量涂覆于0.08 m×0.08 m的砂漿基材上表面，做上記號，放在通風處至涂料完全干燥。在保溫性良好的箱子上安置紅外燈，控制溫度為40 ℃。將帶有涂層的砂漿板材放置在距離紅外燈大約0.1 m 的中心處。將測溫探頭用鐵架臺固定后與基材底表面接觸，紅外燈進行照射打開5 min 后，將砂漿基材放置于自制恒溫箱中開始計數，每1 min 記錄一個數據，連續記錄1 h。在相同的外界環境、加熱條件下測量底表面的溫度隨時間的變化情況。通過測定不同發酵秸稈量對保溫性能的影響，探究最合適的秸稈加入量。

        (2)平均對比溫差實驗：將自制的加入不同量發酵秸稈的保溫涂料與加入傳統保溫材料(硅酸鋁)的保溫涂料按上述方法測試，測得對比溫差，測3 次取平均值。

2.1 不同的發酵秸稈量對保溫性能的影響

       保溫涂料隔熱性能測試參照美國軍標規定的方法進行。

        圖1 是考察涂料配方保溫功能材料項中僅加入不同濃度梯度的發酵秸稈，其他成分、配比相同時，所制備的涂料在相同的加熱條件、涂層厚度相同時測得的溫度隨時間的變化曲線。

        應用軟件MATLAB 擬合不同溫度—時間曲線，line1～line5 分別表示添加0.5 g、1 g、1.5 g、2 g、2.5 g 發酵秸稈涂料的曲線圖，且分別記為①～⑤，從圖1 中可以看出，摻入1 g 和1.5 g 發酵秸稈的涂料升溫較快，而摻加0.5 g、2 g、2.5 g 發酵秸稈的復合保溫涂料的升溫較慢。擬合二次曲線(公式為T=at2+bt+c)及擬合優度(可決系數)R2 如下：

                          

       根據牛頓冷卻定律，Q=KA△tm，在控制總傳熱系數K 和傳熱面積A 保持一致的情況下，通過觀察溫差△tm 隨時間t 的變化來反映不同涂料的保溫性能。為了將各實驗基材的保溫性能體現在數學表達式上，引入溫度變化速率k 值，k 的表達式為：k=T'=2at+b (a、b：擬合曲線方程階次系數)k 值越大，溫度變化速率越大，保溫隔熱性能差；k 值越小，溫度變化速率越小，保溫隔熱性能越好，①～⑤溫度變化率依次為：

 

      砂漿基材在受紅外燈照射時，隨著時間的增加，溫度變化越來越小，最后趨于平衡，溫度變化主要在于照射的前40 min 內，因此，其保溫性能的好壞也取決于前40 min 內溫度的變化趨勢。在t＜40 min，基材的溫度變化速率：k4＜k5＜k1＜k3＜k2，因此，④號基材保溫性能最好，即加入2 g 發酵秸稈的復合保溫涂料的保溫性能最佳。

2.2 最優發酵秸稈量與對照組及傳統材料保溫性能的比較

在此基礎上,對比考察不加秸稈(0 g，line1)的情況，并與未發酵的秸稈(2 g，⑥，line3)和傳統的保溫材料硅酸鋁(2 g，⑦，line4)相比較，溫度隨時間的變化如圖2，其溫度變化率分別為：

        同理，k0＞k2 對比證明加入秸稈涂料的保溫性高于未加秸稈的保溫性。同時k4＜k6，可知在相同的條件下，發酵秸稈的保溫性能優于未發酵秸稈,發酵秸稈微生物產生的氣體提高了保溫性。再比較4 號與7 號，k4＜k7 可知4 號的保溫性能優于傳統保溫材料硅酸鋁。因此，往基底涂料中加入發酵秸稈的量并不是越多越好，秸稈中含有許多復雜且難降解的物質，加入過多則會破壞原有涂料性質，造成涂料層空隙變大，通過以上實驗結果發現最佳加入發酵秸稈量為4 號的2.0 g。