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建筑隔熱保溫涂料及其研究進展

來源:涂料涂裝資訊網(wǎng) 　作者:* 　日期:2007-2-25
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　　摘要：敘述了幾種隔熱保溫涂料的原理、組成、性能、用途及主要發(fā)展方向。

    關(guān)鍵詞：建筑隔熱涂料；保溫涂料；反射；輻射

    引言

    節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟效益是科學研究和技術(shù)開發(fā)的基本目標之一，涂料技術(shù)也不

　　摘要：敘述了幾種隔熱保溫涂料的原理、組成、性能、用途及主要發(fā)展方向。

    關(guān)鍵詞：建筑隔熱涂料；保溫涂料；反射；輻射

    引言

    節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟效益是科學研究和技術(shù)開發(fā)的基本目標之一，涂料技術(shù)也不例外。20 世紀 70 年代后，世界氣候變暖，地球能源日趨枯竭。因此，開發(fā)隔熱保溫涂料具有較大的現(xiàn)實意義。尤其是與人類生活密切相關(guān)的建筑隔熱涂料。

    據(jù)知，我國從今年起，將對新住宅規(guī)定需要采取隔熱保溫措施。建筑隔熱材料中建筑隔熱涂料因經(jīng)濟、使用方便和隔熱效果好等優(yōu)點而越來越受到人們的青睞，發(fā)展前景光明，將有望促進涂料市場和隔熱材料應用領(lǐng)域的拓展。根據(jù)建筑隔熱涂料隔熱機理和隔熱方式的不同，將其分為阻隔性隔熱涂料、反射隔熱涂料及輻射隔熱涂料 3 類。

    1 阻隔性隔熱涂料

    ( 無機 ) 阻隔性隔熱涂料是通過對熱傳遞的顯著阻抗性來實現(xiàn)隔熱的涂料。熱傳遞是通過對流、輻射及分子振動熱傳導 3 種途徑來實現(xiàn)的。

    應用最廣泛的阻隔性隔熱涂料是硅酸鹽類復合涂料，這類涂料是 20 世紀 80 年代末發(fā)展起來的一類新型隔熱材料。我國有上百家研究單位和企業(yè)在進行保溫涂料的研究工作，各生產(chǎn)廠對產(chǎn)品的稱呼不盡相同，如“復合硅酸鎂鋁隔熱涂料”、“稀土保溫涂料”、“涂覆型復合硅酸鹽隔熱涂料”等，涂料配方、施工方法各異，性能，如快干速硬、防水憎水等也各不相同，但均屬硅酸鹽系涂料。主要由海泡石、蛀石、珍珠巖粉等無機隔熱骨料、無機及有機粘結(jié)劑及引氣劑等助劑組成。經(jīng)過機械打漿、發(fā)泡、攪拌等工藝制成膏狀保溫涂料，參考配方見表 1 。

　　國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局于 1998 年 5 月發(fā)布了硅酸鹽復合隔熱涂料國家標準(GB/T17371-1998)，為硅酸鹽隔熱涂料的生產(chǎn)和應用提供了一個可供參照的技術(shù)標準。

    受歷史和社會經(jīng)濟條件等因素的影響，成本較低的阻隔性隔熱涂料在我國的發(fā)展已達到世界先進水平，但主要用作工業(yè)隔熱涂料，如發(fā)動機、鑄造模具等的隔熱涂層等。目前這類涂料正在經(jīng)歷一場由工業(yè)隔熱保溫向建筑隔熱保溫的轉(zhuǎn)變，但由于存在自身材料結(jié)構(gòu)帶來的缺陷，如干燥周期長，施工受季節(jié)和氣候影響大，抗沖擊能力弱，干燥收縮大，吸濕率大，對墻體的粘結(jié)強度偏低以及裝飾性有待進一步改善等，故這類隔熱涂料較少用于外墻涂裝。

　　2 反射隔熱涂料

    ( 水性 ) 反射隔熱涂料是在鋁基反光隔熱涂料的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，通過選擇合適的樹脂、金屬、或金屬氧化物顏、填料及生產(chǎn)工藝，制得高反射率涂層，反射太陽光來達到隔熱目的。

    地球每時每刻受到太陽的照射。太陽每秒有1.765 × l0 17 J 能量到達地球，巨大的能量給人類的生存和生活提供了必備條件，但太陽的強烈輻射，也給人們的生活帶來一些不便，太陽的高熱輻射會給人類賴以生存的空間帶來許多危害。夏季陽光照在建筑物屋頂上，頂樓房間的室內(nèi)溫度要比樓下房間高出 3 ～ 5 ℃ 。許多發(fā)達國家中，噴淋裝置、空調(diào)、冷氣機和電風扇等降溫制冷設(shè)備所耗用的能量，占全年總能耗的 20 ％以上。而我國，這些設(shè)備消耗的能量則更多。采用太陽熱反射涂料則可克服或緩解這些問題，因此具有廣闊的發(fā)展前景，是能為市場所接受的產(chǎn)品，現(xiàn)已用于建筑業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)屋頂和玻璃幕墻；石油工業(yè)的海上鉆井平臺、油罐、石油管道；運輸業(yè)的汽車、火車、飛機表面；造船工業(yè)的船殼、甲板；以及坦克、軍艦、火箭、宇宙飛船等，起到阻止熱傳導，降低暴露在太陽熱輻射下裝備的表面溫度和內(nèi) 部環(huán)境溫度，改善工作環(huán)境，提高安全性等作用。據(jù)美國一家公司測算，使用太陽熱反射涂料可以節(jié)約 15 ％～ 20 ％的空調(diào)費。它的性能特點決定了其目標市場在石油化工領(lǐng)域，糧儲倉庫部門，建筑業(yè)及車輛、船舶的制造業(yè)等方面，市場范圍相當廣泛。反射隔熱涂料采用進口固體丙烯酸樹脂作為基料，利用特種材料，如“空心微珠等”組合形成高太陽熱反射漆膜，不僅具有工業(yè)、建筑涂料的防腐裝飾功．能，同時起到了極佳的降溫隔熱作用。空心微珠填料對近紅外光的反射比遠遠高于普通填料，玻璃微珠與陶瓷微珠的反射比相近，但陶瓷微珠的貯存穩(wěn)定性差，見表2 空心玻璃微珠保溫涂料參考配方見表 3 。

表 2 各種填料的性能比較

表 3 空心玻璃微珠保溫涂料參考配方

　　3 輻射隔熱涂料

    輻射隔熱涂料是通過輻射的形式把建筑物吸收的日照光線和熱量以一定的波長發(fā)射到空氣中，從而達到良好隔熱降溫效果的涂料。

    此類涂料的關(guān)鍵技術(shù)是制備具有高熱發(fā)射率的涂料組分。研究表明，多種金屬氧化物，如Fe2O3 、 MnO2 、 CO2O3 、 CuO 等具有反型尖晶石結(jié)構(gòu)的摻雜型物質(zhì)具有熱發(fā)射率高的特點，因而廣泛用作隔熱節(jié)能涂料的填料。人們詳細研究了紅外輻射的原理，并通過在硅酸鹽結(jié)晶相中加入Al2O3 、 ViO 2等金屬氧化物細粉作為填料而研制出的紅外輻射涂料在 5 ～ 15 μ m 波段內(nèi)輻射紅外線的能力在 85 ％以上。輻射隔熱涂料不同于玻璃棉、泡沫塑料等多孔性低阻隔性隔熱材料，因這些材料只能減慢但不能阻擋熱能的傳遞。白天太陽能經(jīng)過屋頂和墻壁不斷傳人室內(nèi)空間及結(jié)構(gòu)，一旦熱能傳人，就算室外溫度減退；熱能還是困陷其中。而輻射隔熱涂料卻能夠以熱發(fā)射的形式將吸收的熱量輻射掉，從而促使室內(nèi)與室外以同樣的速率降溫。

    4 其它隔熱涂料

    4.1 薄層隔熱反射涂料

    選擇耐候性好、韌性好、耐溫較高、成膜性好的基料，加人輕質(zhì)、孔隙率高、熱絕緣系數(shù)大的絕緣填料及反射率高、表面光潔的反射填料，并輔以合適的分散劑、阻燃劑、成膜助劑等，研制成的薄層隔熱反射涂料的熱反射率可達 85 ％以上，可用于成品油罐及低溫容器的隔熱保溫。

    4.2 真空絕熱保溫涂料

    真空狀態(tài)能使分子振動熱傳導和對流傳導兩種方式完全消失，為此采用真空的填料以制備性能優(yōu)良的保溫涂料成為當前研究的熱點之一。美國推出利用太空科技的 ASTEC 陶瓷絕熱涂料在建筑物內(nèi)使用，施以薄層即可有效地增強隔熱保溫效果，秋天可使室溫提高 2.8 4.4 ℃ ，夏天可使室內(nèi)降低同樣的溫度，該涂料也具有較長的使用壽命。北京維納公司推出的德國盾牌陶瓷隔熱涂料 (THERMO — SheLD) 是由極微小的真空陶瓷微珠和與其相適應的環(huán)保乳液組成的水性涂料，它與墻體、金屬、木制品等基體有較強的附著力，直接在基體表面涂抹0.3 mm 左右即可達到隔熱保溫目的。

    4.3 納米孔超級絕熱保溫涂料

    納米孔超級絕熱材料是建立在低密度和超級細孔 ( 小于 50 nm) 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，從理論上其導熱系數(shù) 可趨近于零。采用納米孔原料獲得比靜止空氣導熱系數(shù) (0.023w/m·K) 更小的涂膜是完全可能的。降低生產(chǎn)成本，開發(fā)使用溫度高于1050 ℃ 的納米孔絕熱材料是今后研發(fā)的主要方向。作為最具市場應用潛力的新興納米科學技術(shù)，其發(fā)展為隔熱涂料的研究提供了前所未有的機遇和可能性。

　　5 主要發(fā)展方向

    (1) 現(xiàn)有產(chǎn)品及其技術(shù)的改進提高。降低成本、提高性能、擴大品種，以滿足不同用戶的需要。如復合硅酸鹽保溫涂料應向快速固化、憎水、提高粘接強度、降低密度、負溫施工、降低成本和用于建筑節(jié)能等方向發(fā)展。

    (2) 研制生產(chǎn)復合型多功能保溫涂料。一種保溫效果良好的涂料往往是兩種或多種隔熱機理協(xié)同作用的結(jié)果，各種保溫涂料各有其優(yōu)缺點，可充分發(fā)揮各自的特點，進行優(yōu)勢互補，研制出性能優(yōu)良的復合型保溫涂料。

    (3) 大力發(fā)展建筑保溫涂料及相關(guān)技術(shù)。在我國能源消耗中，建筑能耗大約占全國能源消耗的1/4，而建筑用保溫材料僅占總量的11％左右，可見建筑節(jié)能潛力很大。

    (4) 積極開發(fā)新型保溫涂料及相關(guān)技術(shù)。如低輻射傳熱涂料，高效薄層隔熱防腐一體化涂料等。含納米或亞納米微孔結(jié)構(gòu)的涂膜及采用納米材料制得的涂膜將是下一階段保溫涂料發(fā)展的熱點之一。

    (5) 注重環(huán)保，利用“三廢”開發(fā)保溫涂料。環(huán)保越來越引起世界各國的重視，保溫涂料的研制應遵循涂料發(fā)展的潮流，向水性、環(huán)保的方向發(fā)展，避免使用環(huán)保法規(guī)中禁用的有害物質(zhì)。

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