Modyfikacja wodnych farb na pokrycia dachowe pod kątem poprawy estetyki wymalowania i zachowania współczynnika odbicia promieniowania słonecznego

• Autorzy: Zubielewicz Małgorzata , Langer Ewa

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2021.3.2

Warianty tytułu

EN

Modification of waterborne cool-roof coatings to improve their aesthetics and maintaining the solar reflectance

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Omówiono modyfikację wodnych farb odbijających promieniowanie słoneczne w kierunku ograniczenia tendencji do brudzenia się powłok. Jako środki modyfikujące zastosowano trzy różne woski: sferyczny mikronizowany wosk poliolefinowy powlekany PTFE, wodną emulsję wosku PTFE i wodną emulsję wosku PE/PTFE oraz mikrosfery ze szkła borokrzemowego i borowo-krzemowo-sodowo-wapniowego. Stwierdzono, że wszystkie zastosowane dodatki zmniejszyły tendencję powłok do brudzenia się pod wpływem czynników atmosferycznych, a jednocześnie zwiększyły wartość TSR, przy czym najlepsze wyniki uzyskano w przypadku wosku poliolefinowego powlekanego PTFE i mikrosfer ze szkła borowo-krzemowo-sodowo-wapniowego. W czasie 18 miesięcznych badań w warunkach naturalnych nagromadzone na powłokach zanieczyszczenia powodują zmniejszenie współczynnika TSR, ale po umyciu powłoki odzyskują swoje początkowe właściwości odbijające. Narażenie powłok na działanie UV (sztuczne starzenie, brak zanieczyszczeń) w czasie odpowiadającym w przybliżeniu 24 miesiącom ekspozycji w warunkach naturalnych nie spowodowało zmiany wartości TSR.

EN

Modification of waterborne solar reflective paints to reduce the tendency to soiling is discussed. Three different waxes were used as modifying agents: spherical micronized polyolefin wax coated with PTFE, water emulsion of PTFE wax and water emulsion of PE/PTFE wax as well as two types of microspheres made of borosilicate glass and boron-silicon-sodium-calcium glass. It was found that all the additives used reduced the tendency of the coatings to soiling due to weathering and at the same time increased the TSR value. The best results were obtained with PTFE coated polyolefin wax and boron-silicon- sodium-calcium glass microspheres. During 18 months of testing in natural conditions, the contaminations accumulated on the coatings reduced the TSR value, but after washing the original reflective properties of coatings were recovered. No changes in TSR were observed when the coatings were exposed to UV (artificial aging, no pollution) in the period corresponding approximately to 24 months of exposure under natural conditions.

Słowa kluczowe

PL

farby do malowania dachów; powłoki odbijające promieniowanie słonecznego; współczynnik odbicia promieniowanie słonecznego; laboratoryjne badania starzeniowe; terenowe badania starzeniowe

EN

cool-roof coatings; total solar reflectance; laboratory and natural aging tests

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2021
• Tom: nr 3
• Strony: 74--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 49 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Zubielewicz Małgorzata

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Oddział Farb i Tworzyw, Gliwice

autor

Langer Ewa

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Oddział Farb i Tworzyw, Gliwice

Bibliografia

• [1] Akbari Hashem, Surabi Menon, Artur Rosenfeld. 2009. “Global cooling: increasing world-wide urban albedos to offset CO2”. Climatic Change 94 : 275–286.
• [2] Levinson Ronnen, Paul Berdahl, Hashem Akbari. 2005. “Solar spectral optical properties of pigments—Part I: model for deriving scattering and absorption coefficients from transmittance and reflectance measurements”. Solar Energy Materials and Solar Cells 89, 4 : 319–349.
• [3] Levinson Ronnen, Paul Berdahl, Hashem Akbari. 2005. „Solar spectral optical properties of pigments—Part II: survey of common colorants”. Solar Energy Materials and Solar Cells 89, 4 : 351–389.
• [4] Zubielewicz Małgorzata, Elżbieta Kamińska-Tarnawska. 2009. „Powłoki odbijające promieniowanie słoneczne”. Ochrona przed Korozją 52, 4–5 : 106–109.
• [5] Zubielewicz Małgorzata, Elżbieta Kamińska-Tarnawska, Anna Ślusarczyk, Ewa Langer. 2011. “Prediction of heat build-up of solar reflecting coatings based on physico-chemical properties of complex inorganic colour pigments (CICP)”. Progress in Organic Coatings, 72 : 65–72.
• [6] Zubielewicz Małgorzata, Elżbieta Kamińska-Tarnawska. 2011. „Powłoki lakierowe o dużym wspołczynniku odbicia promieniowania słonecznego – nagrzewanie się powierzchni właściwości ochronne i trwałość”. Ochrona przed Korozją 53, 9 : 536–541.
• [7] Zubielewicz Małgorzata Elżbieta Kamińska-Tarnawska. 2011. „Powłoki organiczne odbijające promieniowanie słoneczne”. Przemysł Chemiczny 90, 12 : 2183–2189.
• [8] Zubielewicz Małgorzata, Elżbieta Kamińska-Tarnawska, Larisa A. Sakharova, Dmitry A. Kulikov, Eugene A. Indeikin. 2012. „Making keeping cool easier. Reflective properties, heat build-up and durability of coatings with IR-reflective pigments”. European Coatings Journal 1 : 24–28.
• [9] Kuczyńska Helena, Krzysztof Bortel, Elżbieta Kamińska-Tarnawska, Ewa Langer. 2016. „Organiczne powłoki na „zimne dachy” do pasywnego chłodzenia budynkow mieszkalnych i użyteczności publicznej”. Ochrona przed Korozją 59 1s/A : 52–59.
• [10] Brady Robert F., Jr., Liudsay V. Wake. 1992. „Principles and formulations for organic coatings with tailored infrared properties”. Progress in Organic Coatings 20 : 1–25.
• [11] Miller William, Kenneth T. Loye, Andre Desjarlais, Hashem Akbari, Scott Kriner, Stephen Wiel, Ronnen Levinson, Robert G. Scichili, Paul Berdahl. 2004. „Special infrared reflective pigments make a dark roof reflect almost like a white roof”. Conference Proceeding by Ashrae.
• [12] Coser Eliane, Vicente Froes Moritz, Arno Krenzinger, Carlos Arthur Ferreira. 2015. „Development of paints with infrared radiation reflective properties”. Polímeros 25, 3 : 305–310, 2015.
• [13] Bendiganavale Ashwini K., Vinod C. Malshe. 2008. „Infrared Reflective Inorganic Pigments”. Recent Patents on Chemical Engineering 1, 67 : 67–79.
• [14] Akbari Hashem, Ronnen Levinson. 2008. „Evolution of Cool-Roof Standards in the US”. Advances in Building Energy Research 2 : 1–32.
• [15] Hideki Takebayashi, Chihiro Yamada. 2015. „Field Observation of Cooling Energy Savings Due to High-Reflectance Paints”. Buildings 5 : 310–317.
• [16] Synnefa Afroditi, Matthaios Santamouris, Iro Livada. 2006. „A study of the thermal performance of reflective coatings for the urban environment”. Solar Energy 80 : 968–981.
• [17] Sandoval Robert W., Tyler J. Bell, Mary Jane Hibben, Mike WildmanExterior „Durability in All-Acrylic Architectural Gloss Coatings: Gloss Retention and Dirt-pickup Resistance” http:https://www.epscca.com/opencms/export/sites/epscca/galleries/ pdfs/articles/Waterborne_Symposium_Paper_2017_Sandoval_Final.pdf.
• [18] Aoyama Taizo, Takeshi Sonoda, Hideki Takebayashi. 2020. „Study on the Accelerated Aging Test Method in the Development of a Self-Cleaning Topcoat for Cool Roofs”. Atmosphere 11, 605 : 1–23.
• [19] Levinson Ronnen, Paul Berdahl, Asmeret Asefaw Berhe, Hashem Akbari. 2005. „Effects of soiling and cleaning on the reflectance and solar heat gain of lightcolored roofing membrane”. Atmospheric Environment 39 : 7807–7834.
• [20] Berdahl Paul, Hashem Akbari, L.S. Rose. 2002. „Aging of reflective roofs: soot deposition”. Applied Optics 41 : 2355–2360.
• [21] Mastrapostoli Elena, Matthaios Santamouris, Dionysia Kolokotsa, Perdikatsis Vassilis, Danae Venieri, Kostas Gompakis. 2016. „On the ageing of cool roofs: Measure of optical degradation, chemical and biological analysis and assessment of the energy impact”. Energy and Buildings 114 : 191–199.
• [22] Sleiman Mohamad, Thomas Kirchstetter, Paul Berdah at. al. 2014. „Soiling of building envelope surfaces and its effect on solar reflectance – Part II: Development of an accelerated aging method for roofing materials”. Solar Energy Materials and Solar Cells 122 : 271–281.
• [23] Sleiman Mohamad, Thomas Kirchstetter, Paul Berdah at. al. 2015. „Soiling of building envelope surfaces and its effect on solar reflectance – Part III: Development of an accelerated aging method for roofing materials”. Solar Energy Materials and Solar Cells 143 : 581–590.
• [24] Sleiman Mohamad, George Ban-Weiss , Haley E. Gilbert, David Francois, Paul Berdahl, Thomas W. Kirchstetter, Hugo Destaillats, Ronnen Levinson 2011. „Soiling of building envelope surfaces and its effect on solar reflectance—Part I: Analysis of roofing product databases”. Solar Energy Materials and Solar Cells 95 : 3385–3399.
• [25] Berdahl Paul, Hashem Akbari, Ronnen Levinson, William A. Miller. 2008. „Weathering of roofing materials – An overview”. Construction and Building Materials 22 : 423–433.
• [26] Revel Gian Marco, Milena Martarelli, Miguel Angel Bengochea, Ana Gozalbo at al. 2013. „Nanobased coatings with improved NIR reflecting properties for building envelope materials: Development and natural aging effect measurement”. Cement and Concrete Composites 36 : 128–135.
• [27] Paolini Riccardo, Michele Zinzi, Tiziana Poli, Emiliano Carnielo, Andrea Giovanni Mainini. 2014. „Effect of ageing on solar spectral reflectance of roofing membranes: Natural exposure in Roma and Milano and the impact on the energy needs of commercial buildings”. Energy and Buildings 84 : 333–343.
• [28] Kubota Hiroshi, TakakazuYamane. 2002. „Development of high stain resistant coating: hydrophilic clear coat which is apllicable to wet on wet base coat”. JSAE Review 23, 2 : 271–277.
• [29] Nakaya Tomoki. 1996 „Development of a staining preventive coating for architecture”. Progress in Organic Coatings 27 : 173–180.
• [30] Chauhan Pooooam, Aditya Kumar, Bharat Bhusha. 2019. „Self-cleaning, stain resistant and anti-bacterial superhydrophobic cotton fabric prepared by simple immersion technique”. Journal of Colloid and Interface Science 535, 1 : 66–74.
• [31] MdSalih Nurulazirah, Uda Hashim, Nayan Nafarizal, Chin Fong Soon, Mohd Zainizan Sahdan. 2014. „Surface Tension Analysis of Cost-Effective Paraffin Wax and Water Flow Simulation for Microfluidic Devic”. Advanced Materials Research 832 : 773–777.
• [32] Hu Yan, Wang Yuanhao, Zhenguo An, Jingjie Zhang, Yang Hongxing. 2016. „The super-hydrophobic IR-reflectivity TiO2 coated hollow glass microspheres synthesized by soft-chemistry method”. Journal of Physics and Chemistry of Solids 98 : 43–49.
• [33] Ninel M. Bobkova,E. E. Trusova,V. V. Savchin, E. N. Sabadakha, Yu. G. Pavlyukevich. 2020. „Obtaining hollow glass microspheres and their use in the production of water-dispersion coatings”. Glass and Ceramics 76, 11–12 : 401–405.
• [34] Bich Nam Jung, DongHo Kang, Solmi Cheon, Jin Kie Shim, Sung Wook Hwa. 2019.
• [35] „The addition effect of hollow glass microsphere on the dispersion behavior and physical properties of polypropylene/clay nanocomposites”. Journal of Applied Polymer Science 36, 14 : 1–12.
• [36] Nityanshu Kumar, Shubham Mireja, Vinay Khandelwal, Byravan Arun, Gaurav Manik. 2017. „Light-weight high-strength hollow glass microspheres and bamboo fiber based hybrid polypropylene composite: A strength analysis and morphological study”. Composites Part B: Engineering 109 : 277–285.
• [37] Sahu Prasanna Kumar, Prakash A. Mahanwar, Vaishali. A. Bambole. 2013. „Effect of hollow glass microspheres and cenospheres on solution properties of coating. Pigment and Resin Technology 42, 4 : 223–230.
• [38] Dawei Zhang, Haiyang Li, Hongchang Qian, Luntao Wang, Xiaogang Li. 2016. „Double layer water-borne heat insulation coatings containing hollow glass microspheres (HGmS)”. Pigment and Resin Technology 45, 5 : 346–353.
• [39] Dombrovsky Leonid, Harifidy Randrianalisoa, Dominique Baillis, Harifidy Randrianalisoa. 2007. „Infrared radiative properties of polymer coatings containing hollow microspheres”. International Journal of Heat and Mass Transfer 50 : 1516–1527.
• [40] Sandin O., J. Nordin, M. Jonsson. 2017. „Reflective properties of hollow microspheres in cool roof coatings”. Journal Coatings Technology and Research 14, 4 : 817–821.
• [41] PN-ISO 2555:1999 – Tworzywa sztuczne – Polimery w stanie ciekłym, w postaci emulsji lub dyspersji – Oznaczanie lepkości pozornej metodą Brookfielda.
• [42] PN-EN ISO 2811-1:2016 Farby i lakiery – Oznaczanie gęstości – Część 1: Metoda piknometryczna.
• [43] PN-EN ISO 19403-2:2020-08 Farby i lakiery – Zwilżalność – Część 2: Oznaczanie swobodnej energii powierzchniowej stałych powierzchni poprzez pomiar kąta zwilżania.
• [44] ASTM E903 Standard Test Method for Solar Absorptance, Reflectance, and Transmittance of Materials Using Integrating Spheres.
• [45] PN-EN ISO 2810:2005 Farby i lakiery. Powłoki w naturalnych warunkach atmosferycznych. Ekspozycja i ocena.
• [46] PN-EN ISO 16474-3:2014-02 Farby i lakiery – Metody ekspozycji na laboratoryjne źrodła światła – Część 3: Lampy fluorescencyjne UV.
• [47] Zhou Shuxue, Yang Yang, Tao Wang, Hongyu Chen. 2017. „A novel adsorption method to simulate the dirt pickup performance of organic coatings”. Journal of Coatings Technology and Research, published online: 27 September 2017.
• [48] Takebayashi Hideki. „Research on the Urban Heat Islands (UHI) Effect: Current Status and Future Development”. Test Navi Report 19, vol. 85 : 1–8.
• [49] ASTM D7897-15 Standard Practice for Laboratory Soiling and Weathering of Roofing Materials to Simulate Effe of natural Exposure on Solar Reflectance and Thermal Emittance.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).