CN110467878B - 一种节能建筑用长效型隔热降温涂料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑涂料领域，公开了一种节能建筑用长效型隔热降温涂料及制备方法。包括如下制备过程：(1)将高反射红外阻隔纳米粉体、乙醇、分散剂、多孔无机载体微粒、表面活性剂、无机水凝胶混合处理后除去溶剂研磨成粉，接着分散在乳液中喷雾造粒，得到复合高反射红外阻隔微粒；(2)将复合高反射红外阻隔微粒与丙烯酸改性有机硅树脂、水性聚氨酯树脂、消泡剂、流平剂和水混合分散均匀，制得节能建筑用长效型隔热降温涂料。本发明制得的隔热降温涂料可有效避免隔热功能填料向外流失，具有很好的遮阳性，从而达到长效隔热降温的效果，延长了涂料的使用寿命，改善了室内舒适性，可满足常规建筑的节能需求。
Description
技术领域
本发明涉及建筑涂料领域，公开了一种节能建筑用长效型隔热降温涂料及制备方法。
背景技术
建筑物降温的方法有很多，如隔热层、金属镀膜和涂覆降温涂料等途径，其中涂料因经济、使用方便和隔热效果好等优点越来越受到人们的青睐。所谓的降温涂料是近年来在民用领域迅速发展起来的一种特种功能涂料，它主要通过提高涂层表面的红外发射率、反射率，达到降低建筑物内的辐射温度，减少空调能源消耗，节约能源的目的。
现有的隔热降温涂料主要是通过在涂料中添加高反射红外阻隔纳米粉体改性，使得建筑门窗、玻璃等材料具有一定的红外反射效果，从而产生隔热效果，降低室内温度，提升舒适性和节能效果。但是直接分散高反射红外阻隔纳米粉体存在缺陷，随着时间推移而功能填料易向外流失，从而削弱隔热降温效果，缩短涂料的使用寿命。因此，隔热降温涂料发展的主要研究方向集中在使用寿命方面。
中国发明专利申请号201810460692.6公开了一种水性反射隔热涂料，由以下原料组成：水性有机硅改性丙烯酸树脂、空心玻璃微珠、金红石型二氧化钛、硅藻土、绢云母、氧化铁红、空心聚合物球体、红外线反射剂、隔热填料、羟乙基纤维素、分散剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂和pH调节剂。本发明的水性反射隔热涂料，对太阳光具有高反射效率，同时又具备较强耐老化、耐腐蚀、耐污等性能。
中国发明专利申请号201610973103.5公开了一种环保型纳米反射隔热涂料，原料各组分按照重量份组成如下：净味乳液30～40份、纯丙乳液30～40份、钛酸钾晶须浆料15～25份、陶瓷微珠6～8份、纳米级二氧化钛2～5份、分散剂0.2～0.6份、填料5～9份、消泡剂0.3～0.7份、氧化铝粉10～14份、抗菌剂0.4～0.8份；相容性好，具有环保、防霉、抑菌的功效，反射隔热性能突出，反射隔热涂料在涂膜强度和伸长率等物理性能方面比较突出，且功能耐久性强，成膜干燥时间短，坚硬度好，同时还具有很好的延伸性能及耐热性能。
根据上述，现有方案中直接使用高反射红外阻隔纳米粉体制备的建筑隔热涂料存在缺陷，由于功能填料易向外流失，从而削弱隔热降温效果，缩短涂料的使用寿命，本发明提出了一种节能建筑用长效型隔热降温涂料及制备方法，可有效解决上述技术问题。
发明内容
目前应用较广的直接分散高反射红外阻隔纳米粉体制备隔热降温涂料时，存在易向外流失的问题，从而削弱隔热降温效果，缩短涂料的使用寿命。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种节能建筑用长效型隔热降温涂料的制备方法，制备的具体过程为：
(1)将高反射红外阻隔纳米粉体分散在乙醇及分散剂混合溶液中，利用高速分散机进行混合，接着以300～400r/min的转速研磨50～80min，以超声波频率为30～50kHz的超声分散40～70min，制成浆料，然后在浆料中加入多孔无机载体微粒和表面活性剂，继续超声分散30～60min，形成均匀混合体系，再加入无机水凝胶，在30～60℃下继续超声分散20～50min，随后静置5～10h，蒸发除去溶剂，研磨成细粉后分散在乳液中，喷雾造粒，得到复合高反射红外阻隔微粒；各原料组分为，按重量份计，高反射红外阻隔纳米粉体10～20份、乙醇30～40份、分散剂0.5～1份、多孔无机载体微粒15～30份、表面活性剂1～2份、无机水凝胶6～10份、乳液30～50份；
(2)将步骤(1)制得的复合高反射红外阻隔微粒与丙烯酸改性有机硅树脂、水性聚氨酯树脂、消泡剂、流平剂和水加入搅拌设备中，以500r/min转速下搅拌5～10h至混合均匀，充分分散，制得节能建筑用长效型隔热降温涂料；各原料组分为，按重量份计，复合高反射红外阻隔微粒10～15份、丙烯酸改性有机硅树脂30～50份、水性聚氨酯树脂20～30份、消泡剂0.1～0.2份、流平剂2～5份、水120-200份。
公知的，隔热涂料的研究和应用中，反射性隔热涂料是研究最多和效果极为显著的隔热涂料，主要是根据太阳光谱能量的分布，将太阳光中产生热量的部分能量反射掉。反射性隔热涂料降温隔热性能的实现主要是通过添加高反射红外阻隔功能填料实现，特别是纳米级功能填料的应用，作为本发明的优选，步骤(1)所述高反射红外阻隔纳米粉体为碳化硅(SiC)、二氧化钛(TiO2)、锑掺杂氧化锡(ATO)、铟掺杂氧化锡(ITO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、铝掺杂氧化锌(AZO)、镓掺杂氧化锌(GZO)中的至少一种。
公知的，传统的使用高反射红外阻隔纳米粉体作为功能填料的隔热涂料，纳米级功能填料易发生团聚，影响红外线反射隔热效果，而且难以避免功能填料的对外流失。因此，本发明通过选择大比表面积、规则孔道结构、孔径分布窄、颗粒外形规则且稳定性良好的多孔无机载体对纳米功能填料进行装载，可有效避免功能填料的流失和团聚现象。作为本发明的优选，步骤(1)所述多孔无机载体微粒为硅藻土、多孔玻璃微珠中的至少一种。
本发明通过的多孔无机载体将高反射红外阻隔纳米粉体装载后，仍然存在纳米粉体易脱落流失的问题，因此考虑通过将高反射红外阻隔纳米粉体喷雾造粒后由无机凝胶封装在多孔无机载体中。水凝胶是一种具有亲水性的三维网状交联结构的高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水，具有良好的生物相容性和生物降解性。作为本发明的优选，步骤(1)所述无机水凝胶为氢氧化铝溶胶。氢氧化铝溶胶不仅具有胶体的一切性质，而且具有良好的稳定性。
作为本发明的优选，步骤(1)所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、单硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯中的至少一种。
作为本发明的优选，步骤(1)所述表面活性剂为椰油基葡糖苷、月桂基葡糖苷、鲸蜡硬脂基葡糖苷中的至少一种。
作为本发明的优选，步骤(1)所述乳液为聚乙烯醋酸乙烯乳液、丙烯酸酯乳液、丁苯乳液、聚氨酯乳液、环氧树脂乳液中的一种。
作为本发明的优选，步骤(2)所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯甘油醚中的至少一种。
作为本发明的优选，步骤(2)所述流平剂为氟碳类流平剂。如市售的YF-001氟碳高效流平剂、FCS-004氟碳流平剂。
本发明进一步提供由上述方法制备得到的一种节能建筑用长效型隔热降温涂料，将高反射红外阻隔纳米粉体分散在乙醇及分散剂混合溶液中，由高速分散机进行混合，然后依次研磨、超声分散制成浆料，然后加入多孔无机载体微粒和表面活性剂，超声分散形成均匀混合体系，再向其中加入无机水凝胶，超声分散，随后静置，蒸发除去溶剂，研磨成细粉后分散在乳液中，喷雾造粒，得到复合高反射红外阻隔微粒；称取丙烯酸改性有机硅树脂、水性聚氨酯树脂、复合高反射红外阻隔微粒、消泡剂、流平剂、水加入搅拌设备中，搅拌混合均匀，充分分散，即可。
本发明提供了一种节能建筑用长效型隔热降温涂料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、提出了将隔热填料由无机凝胶封装在多孔无机载体中制备节能建筑用长效型隔热降温涂料的方法。
2、通过将高反射红外阻隔纳米粉体喷雾造粒后由无机凝胶封装在多孔无机载体中，可有效避免其向外流失，具有很好的遮阳性、隔热性，从而达到长效型隔热降温的效果，延长隔热涂料的使用寿命。
3、本发明制得的隔热降温涂料可广泛应用建筑门窗、玻璃等材料中，有效提升室内舒适性，可满足常规建筑的节能需求。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
(1)将高反射红外阻隔纳米粉体分散在乙醇及分散剂混合溶液中，利用高速分散机进行混合，接着以360r/min的转速研磨70min，以超声波频率为35kHz的超声分散60min，制成浆料，然后在浆料中加入多孔无机载体微粒和表面活性剂，继续超声分散50min，形成均匀混合体系，再加入无机水凝胶，在50℃下继续超声分散30min，随后静置7h，蒸发除去溶剂，研磨成细粉后分散在乳液中，喷雾造粒，得到复合高反射红外阻隔微粒；各原料组分为，按重量份计，高反射红外阻隔纳米粉体16份、乙醇34份、分散剂0.7份、多孔无机载体微粒23份、表面活性剂1.6份、无机水凝胶8份、乳液38份；
高反射红外阻隔纳米粉体为碳化硅(SiC)；多孔无机载体微粒为硅藻土；无机水凝胶为氢氧化铝溶胶；分散剂为乙烯基双硬脂酰胺；表面活性剂为椰油基葡糖苷；乳液为聚乙烯醋酸乙烯乳液；
(2)将步骤(1)制得的复合高反射红外阻隔微粒与丙烯酸改性有机硅树脂、水性聚氨酯树脂、消泡剂、流平剂和水加入搅拌设备中，以500r/min转速下搅拌7h至混合均匀，充分分散，制得节能建筑用长效型隔热降温涂料；各原料组分为，按重量份计，复合高反射红外阻隔微粒13份、丙烯酸改性有机硅树脂38份、水性聚氨酯树脂26份、消泡剂0.1份、流平剂3份、120份水；
消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚；流平剂为YF-001氟碳高效流平剂。
实施例2
(1)将高反射红外阻隔纳米粉体分散在乙醇及分散剂混合溶液中，利用高速分散机进行混合，接着以320r/min的转速研磨70min，以超声波频率为35kHz的超声分散60min，制成浆料，然后在浆料中加入多孔无机载体微粒和表面活性剂，继续超声分散40min，形成均匀混合体系，再加入无机水凝胶，在40℃下继续超声分散40min，随后静置6h，蒸发除去溶剂，研磨成细粉后分散在乳液中，喷雾造粒，得到复合高反射红外阻隔微粒；各原料组分为，按重量份计，高反射红外阻隔纳米粉体12份、乙醇33份、分散剂0.6份、多孔无机载体微粒18份、表面活性剂1.2份、无机水凝胶7份、乳液45份；
高反射红外阻隔纳米粉体为二氧化钛(TiO2)；多孔无机载体微粒为硅藻土；无机水凝胶为氢氧化铝溶胶；分散剂为单硬脂酸甘油酯；表面活性剂为月桂基葡糖苷；乳液为丙烯酸酯乳液；
(2)将步骤(1)制得的复合高反射红外阻隔微粒与丙烯酸改性有机硅树脂、水性聚氨酯树脂、消泡剂、流平剂和水加入搅拌设备中，以500r/min转速下搅拌6h至混合均匀，充分分散，制得节能建筑用长效型隔热降温涂料；各原料组分为，按重量份计，复合高反射红外阻隔微粒11份、丙烯酸改性有机硅树脂45份、水性聚氨酯树脂22份、消泡剂0.2份、流平剂3份、120份水；
消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚；流平剂为YF-001氟碳高效流平剂。
实施例3
(1)将高反射红外阻隔纳米粉体分散在乙醇及分散剂混合溶液中，利用高速分散机进行混合，接着以380r/min的转速研磨60min，以超声波频率为45kHz的超声分散50min，制成浆料，然后在浆料中加入多孔无机载体微粒和表面活性剂，继续超声分散50min，形成均匀混合体系，再加入无机水凝胶，在50℃下继续超声分散30min，随后静置8h，蒸发除去溶剂，研磨成细粉后分散在乳液中，喷雾造粒，得到复合高反射红外阻隔微粒；各原料组分为，按重量份计，高反射红外阻隔纳米粉体18份、乙醇37份、分散剂0.8份、多孔无机载体微粒26份、表面活性剂1.8份、无机水凝胶9份、乳液35份；
高反射红外阻隔纳米粉体为锑掺杂氧化锡(ATO)；多孔无机载体微粒为多孔玻璃微珠；无机水凝胶为氢氧化铝溶胶；分散剂为三硬脂酸甘油酯；表面活性剂为鲸蜡硬脂基葡糖苷；乳液为丁苯乳液；
(2)将步骤(1)制得的复合高反射红外阻隔微粒与丙烯酸改性有机硅树脂、水性聚氨酯树脂、消泡剂、流平剂和水加入搅拌设备中，以500r/min转速下搅拌9h至混合均匀，充分分散，制得节能建筑用长效型隔热降温涂料；各原料组分为，按重量份计，复合高反射红外阻隔微粒14份、丙烯酸改性有机硅树脂35份、水性聚氨酯树脂27份、消泡剂0.2份、流平剂4份、120份水；
消泡剂为聚氧丙烯甘油醚；流平剂为YF-001氟碳高效流平剂。
实施例4
(1)将高反射红外阻隔纳米粉体分散在乙醇及分散剂混合溶液中，利用高速分散机进行混合，接着以300r/min的转速研磨80min，以超声波频率为30kHz的超声分散70min，制成浆料，然后在浆料中加入多孔无机载体微粒和表面活性剂，继续超声分散30min，形成均匀混合体系，再加入无机水凝胶，在30℃下继续超声分散50min，随后静置5h，蒸发除去溶剂，研磨成细粉后分散在乳液中，喷雾造粒，得到复合高反射红外阻隔微粒；各原料组分为，按重量份计，高反射红外阻隔纳米粉体10份、乙醇30份、分散剂0.5份、多孔无机载体微粒15份、表面活性剂1份、无机水凝胶6份、乳液50份；
高反射红外阻隔纳米粉体为铟掺杂氧化锡(ITO)；多孔无机载体微粒为硅藻土；无机水凝胶为氢氧化铝溶胶；分散剂为三硬脂酸甘油酯；表面活性剂为椰油基葡糖苷；乳液为聚氨酯乳液；
(2)将步骤(1)制得的复合高反射红外阻隔微粒与丙烯酸改性有机硅树脂、水性聚氨酯树脂、消泡剂、流平剂和水加入搅拌设备中，以500r/min转速下搅拌5h至混合均匀，充分分散，制得节能建筑用长效型隔热降温涂料；各原料组分为，按重量份计，复合高反射红外阻隔微粒10份、丙烯酸改性有机硅树脂50份、水性聚氨酯树脂20份、消泡剂0.2份、流平剂2份、120份水；
消泡剂为聚氧丙烯甘油醚；流平剂为FCS-004氟碳流平剂。
实施例5
(1)将高反射红外阻隔纳米粉体分散在乙醇及分散剂混合溶液中，利用高速分散机进行混合，接着以400r/min的转速研磨50min，以超声波频率为50kHz的超声分散40min，制成浆料，然后在浆料中加入多孔无机载体微粒和表面活性剂，继续超声分散60min，形成均匀混合体系，再加入无机水凝胶，在60℃下继续超声分散20min，随后静置10h，蒸发除去溶剂，研磨成细粉后分散在乳液中，喷雾造粒，得到复合高反射红外阻隔微粒；各原料组分为，按重量份计，高反射红外阻隔纳米粉体20份、乙醇40份、分散剂1份、多孔无机载体微粒30份、表面活性剂2份、无机水凝胶10份、乳液30份；
高反射红外阻隔纳米粉体为氟掺杂氧化锡(FTO)；多孔无机载体微粒为多孔玻璃微珠；无机水凝胶为氢氧化铝溶胶；分散剂为乙烯基双硬脂酰胺；表面活性剂为月桂基葡糖苷；乳液为环氧树脂乳液；
(2)将步骤(1)制得的复合高反射红外阻隔微粒与丙烯酸改性有机硅树脂、水性聚氨酯树脂、消泡剂、流平剂和水加入搅拌设备中，以500r/min转速下搅拌10h至混合均匀，充分分散，制得节能建筑用长效型隔热降温涂料；各原料组分为，按重量份计，复合高反射红外阻隔微粒15份、丙烯酸改性有机硅树脂30份、水性聚氨酯树脂30份、消泡剂0.1份、流平剂5份、120份水；
消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚；流平剂为FCS-004氟碳流平剂。
对比例1
(1)将高反射红外阻隔纳米粉体分散在乙醇及分散剂混合溶液中，利用高速分散机进行混合，接着以400r/min的转速研磨50min，以超声波频率为50kHz的超声分散40min，制成浆料，然后在浆料中加入多孔无机载体微粒和表面活性剂，继续超声分散60min，形成均匀混合体系，蒸发除去溶剂，研磨成细粉后分散在乳液中，喷雾造粒，得到复合高反射红外阻隔微粒；各原料组分为，按重量份计，高反射红外阻隔纳米粉体20份、乙醇40份、分散剂1份、多孔无机载体微粒30份、表面活性剂2份、乳液30份；
高反射红外阻隔纳米粉体为氟掺杂氧化锡(FTO)；多孔无机载体微粒为多孔玻璃微珠；分散剂为乙烯基双硬脂酰胺；表面活性剂为月桂基葡糖苷；乳液为环氧树脂乳液；
(2)将步骤(1)制得的复合高反射红外阻隔微粒与丙烯酸改性有机硅树脂、水性聚氨酯树脂、消泡剂、流平剂和水加入搅拌设备中，以500r/min转速下搅拌10h至混合均匀，充分分散，制得节能建筑用长效型隔热降温涂料；各原料组分为，按重量份计，复合高反射红外阻隔微粒15份、丙烯酸改性有机硅树脂30份、水性聚氨酯树脂30份、消泡剂0.1份、流平剂5份、120份水；
消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚；流平剂为FCS-004氟碳流平剂。
对比例1没有使用无机凝胶封装功能填料，其他条件和实施例5相同。
对比例2
(1)将高反射红外阻隔纳米粉体分散在乙醇及分散剂混合溶液中，利用高速分散机进行混合，接着以400r/min的转速研磨50min，以超声波频率为50kHz的超声分散40min，制成浆料，再加入无机水凝胶，在60℃下继续超声分散20min，随后静置10h，蒸发除去溶剂，研磨成细粉后分散在乳液中，喷雾造粒，得到复合高反射红外阻隔微粒；各原料组分为，按重量份计，高反射红外阻隔纳米粉体20份、乙醇40份、分散剂1份、无机水凝胶10份、乳液30份；
高反射红外阻隔纳米粉体为氟掺杂氧化锡(FTO)；无机水凝胶为氢氧化铝溶胶；分散剂为乙烯基双硬脂酰胺；乳液为环氧树脂乳液；
(2)将步骤(1)制得的复合高反射红外阻隔微粒与丙烯酸改性有机硅树脂、水性聚氨酯树脂、消泡剂、流平剂和水加入搅拌设备中，以500r/min转速下搅拌10h至混合均匀，充分分散，制得节能建筑用长效型隔热降温涂料；各原料组分为，按重量份计，复合高反射红外阻隔微粒15份、丙烯酸改性有机硅树脂30份、水性聚氨酯树脂30份、消泡剂0.1份、流平剂5份、120份水；
消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚；流平剂为FCS-004氟碳流平剂。
对比例2没有使用多孔无机物负载高反射红外阻隔纳米粉体，其他条件和实施例5相同。
将实施例5、对比例1-2得到的涂料分别涂敷在50cm×50cm×50cm的玻璃箱表面，其中玻璃厚度为4mm，涂层的干膜厚度为200μm，依此为样板，在阳光充足的西北7、8月在户外放置45天，经风吹、日晒、雨淋，然后将内温度为22℃的玻璃箱选择在同一天、同一地点，放置在34℃的室外，测试放置60min后的玻璃箱内温度。以衡量涂料对光的反射降温性能，如表1示。
表1：
通过具体的定性测试分析，本发明通过多孔无机物负载反射红外光纳米材料，并由无机凝胶封装在多孔无机载体中，可有效避免其向外流失，具有很好的遮阳性、反射性、隔热性。
Claims (4)
1.一种节能建筑用长效型隔热降温涂料的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：（1）将高反射红外阻隔纳米粉体分散在乙醇及分散剂混合溶液中，利用高速分散机进行混合，接着以300~400r/min的转速研磨50~80min，以超声波频率为30~50kHz的超声分散40~70min，制成浆料，然后在浆料中加入多孔无机载体微粒和表面活性剂，继续超声分散30~60min，形成均匀混合体系，再加入无机水凝胶，在30~60℃下继续超声分散20~50min，随后静置5~10h，蒸发除去溶剂，研磨成细粉后分散在乳液中，喷雾造粒，得到复合高反射红外阻隔微粒；各原料组分为，按重量份计，高反射红外阻隔纳米粉体10~20份、乙醇30~40份、分散剂0.5~1份、多孔无机载体微粒15~30份、表面活性剂1~2份、无机水凝胶6~10份、乳液30~50份；所述高反射红外阻隔纳米粉体为碳化硅、二氧化钛、锑掺杂氧化锡、铟掺杂氧化锡、氟掺杂氧化锡、铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌中的至少一种；所述多孔无机载体微粒为硅藻土、多孔玻璃微珠中的至少一种；所述无机水凝胶为氢氧化铝溶胶，所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、单硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯中的至少一种，所述表面活性剂为椰油基葡糖苷、月桂基葡糖苷、鲸蜡硬脂基葡糖苷中的至少一种，所述乳液为聚乙烯醋酸乙烯乳液、丙烯酸酯乳液、丁苯乳液、聚氨酯乳液、环氧树脂乳液中的一种；（2）将步骤（1）制得的复合高反射红外阻隔微粒与丙烯酸改性有机硅树脂、水性聚氨酯树脂、消泡剂、流平剂和水加入搅拌设备中，以500r/min转速下搅拌5~10h至混合均匀，充分分散，制得节能建筑用长效型隔热降温涂料；各原料组分为，按重量份计，复合高反射红外阻隔微粒10~15份、丙烯酸改性有机硅树脂30~50份、水性聚氨酯树脂20~30份、消泡剂0.1~0.2份、流平剂2~5份、水120-200份。
2.根据权利要求1所述一种节能建筑用长效型隔热降温涂料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种节能建筑用长效型隔热降温涂料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述流平剂为氟碳类流平剂。
4.权利要求1~3任一项所述方法制备得到的一种节能建筑用长效型隔热降温涂料。
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