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            我國透明隔熱涂料研發的新進展!

            作者:廊坊森卓化工有限公司 來源:本站 發表時間:2018-04-19 10:25:39 查看:
                  目前,我國已成為能源消費大國,因此節能和減排已經成為我國未來必須認真研究和解決的重大而迫切的課題之一。據有關資料報道,我國每年新建建筑物的面積將近20億m2,且高能耗的建筑在80%以上;據統計我國建筑物的能量消耗已占社會總能耗的比例達27.8%之多,并且還有逐年不斷升高的趨勢。這種狀況已經對社會造成了沉重的能源負擔和嚴重的環境污染,因此建筑節能已經成為降耗減排的重大問題。通常建筑物門窗玻璃的總面積約為建筑外圍面積的30%,其耗散的能量約占建筑總能耗的2/3以上,從而是建筑物能量損失最嚴重的部位,門窗玻璃的熱損失是造成建筑采暖和制冷中大量能耗最主要的原因。近年來,為了減少因門窗玻璃上熱量的散失或者透射造成的熱能傳遞,科研人員對各種玻璃節能產品進行了多方面的研究和探索,已經先后研制出多種節能的玻璃結構和材料,但由于這些產品對可見光的透過率低、制造工藝復雜、價格昂貴等原因,從而大大地限制了它們的推廣和應用。
              研究表明,太陽所發射的能量主要在波長為0.2~2.5μm的范圍內,其中:0.2~0.4μm紫外光占總能量的5% ;0.4~0.72μm的可見光區占總能量的45%;而0.72~2.5μm近紅外光約占總能量的50% 。紅外光是一種不可見光,但它會以熱能方式輻射到被照射的物體上,因而對這部分能量進行反射或有效阻隔其能量在被照射物體內的傳播,就可以起到隔熱保溫的效果而不影響玻璃或涂層的透明性,透明涂料就是一種能有效屏蔽紅外光又能使可見光透過的功能性涂料[2]。為了減少有機涂料對環境的污染,目前水性涂料已經成為應用的主流涂料產品,因而國內對水性納米透明隔熱涂料也進行了廣泛的研究與開發。由于這種涂料高效節能,且具有綠色環保、安全健康的綜合產業優勢,它們作為溶劑型隔熱涂料的換代產品,對節能減排、環境保護有重要的現實意義和積極的社會效益,將會有廣闊的市場前景。
             
              二、反射隔熱涂料
              太陽光是人類賴以生存的必要條件,然而強烈的太陽輻射能量可使物體表面及內部的溫度大幅度升高,以致造成建筑物、車輛、管道等設施內的溫度過高。特別是對于我國南方地區,夏季用于制冷所需的能源消耗與日俱增,太陽光的熱輻射還會造成物體因溫度過高加速材料的化學腐蝕,加劇材料的老化和降解過程,也會使各種材料難以保持其原有的良好力學、化學和使用性能,同時會大大降低各種結構的使用壽命,以致有可能造成災難性的后果。因此,反射隔熱涂料已經成為當前功能涂料中研究和開發的一大熱點。
              王雅麗等對幾種不同類型、不同顏色的常用涂料進行的隔熱效果測試,結果表明,透明涂料隔熱效果最差,淺色漆的隔熱效果優于深色漆,鋁粉漆具有最佳的隔熱效果。鄭其俊等研制成功一種高輻射率的薄層隔熱保溫涂料,其熱反射率為0.79、熱輻射率為0.83,各項主要性能接近國外同類產品的水平,而制造成本僅為國外同類產品的1/4左右,且涂層薄、附著力好和施工方便,并集防水、隔熱外防護2種功能于一體。李建濤采用過渡區金屬氧化物摻雜和高溫固相燒結法制備成功一種高紅外活性的四氧二鐵酸鈷反尖晶石相的陶瓷紅外輻射材料,經過XRD表征, 這種粉末在26℃的環境下,對8~13.5 μm波段紅外光的發射率大于94%;他們以氟碳乳液為基料,添加該紅外粉末為功能填料,制成了紅外光在“大氣窗口”波段內發射率大于78%的外墻反射隔熱涂料。張敏采用鱗片狀鋁粉為顏料制得了一種綜合性能優良的水性反光隔熱罩面透明涂料,經實體測定,當氣溫高達35~37℃時,涂層內部可降溫11~13℃。王金臺等用相同乳液比較了添加一般填料、氧化鋅、堇青石、玻璃微珠、陶瓷微珠等不同功能性顏填料涂料的反射比及穩定性,表明添加玻璃微珠的涂料的反射比和穩定性較好。當在涂料中加入適量紅外粉料,可使涂料具有高發射率(大于0.9)。趙石林研制的一種由丙烯酸合成乳液、反輻射陶瓷填料、隔熱硅酸鹽空心填料、顏填料、涂料助劑、稀釋劑和水組成可涂于建筑物外墻或金屬表面的水性反輻射隔熱涂料,試驗表明,這種反輻射隔熱涂料具有附著力強、涂層薄、無毒、無污染、隔熱性能好的特性。張安杰等人在水性聚氨酯樹脂中添加氧化錫銻(Antimony doped Tin Oxide,ATO)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)制備成的復合納米氧化物為主要隔熱材料,所制備出的透明涂料對可見光的透過率達到70%以上,對紅外光的阻隔率高達90%以上。經測試,涂覆這種涂料與未涂覆這種涂料的模擬溫差為8~10℃,表明這種透明涂料具有良好的隔熱效果。
              張軍科和惠學洲用苯丙乳液作為基料,通過在涂料中加入一定量的真空玻璃微珠作為隔熱層,制備了一種隔熱涂料,其隔熱效果良好。倪正發根據混凝土建筑物涂裝的太陽熱反射涂料會因墻體變形及冷熱交變應力作用而開裂,用30%~35%自制的彈性乳液為成膜物質、29%鈦白粉作為反射料和1.3%納米雙疏二氧化硅為主要成分制成的高反射熱彈性涂料,既有高的太陽光反射率,同時具有良好的抗裂性能和長久的耐沾污性能。許輝等用SiO2氣凝膠、丙烯酸樹脂制備一種透明隔熱涂料,經對涂層的接觸角、紅外光譜、光學性能及隔熱效果的系統測試,結果表明這種透明隔熱涂料在500W 紅外燈光下照射10 min后,涂了這種涂料的玻璃與空白玻璃的表面溫度相差l1℃。郭宇研究了用紅外反射白色顏料與鐵鉻黑、有機顏料或無機顏料配制的灰色涂料,這些涂料有效地提高了灰色涂層的紅外光反射率,這些涂層的紅外光反射率均可達到《建筑反射隔熱涂料》(JG/T 235-2014)對中等明度
              彭瑞邁等人采用溶膠-凝膠法,將鈦酸酯、正硅酸乙酯和硅烷偶聯劑(KH-560)進行共水解,制備了含二氧化鈦的耐磨透明膜層材料,分析結果表明,其復合耐磨透明膜層對可見光的透過率達90%以上,具有較好的耐熱性,與基材的附著性好,其鉛筆硬度高達到6H。郭宇等人研究了用純丙乳液、紅外光反射顏料和鐵鉻黑配制的水性彩色反射隔熱涂料反射率與涂層厚度的關系,結果表明,當涂在鐵紅底漆上時,涂層厚度小于50μm時,反射率基本穩定。試驗還表明,涂在白色底材上比涂在黑色上反射率明顯地高,隨著涂層厚度增加,反射率的差異將縮小,當涂層的厚度超過100μm后,隨涂層厚度增加反射率不再變化,認為根據底材料顏色不同,高反射涂料的涂層厚度應在50~100μm的范圍為宜。

              三、納米隔熱涂料
              納米透明隔熱涂料是針對為保持建筑物、車輛、船舶內部空間的低溫狀態,其門窗玻璃要求對可見光具有很高的透過率,同時能夠有效地阻隔紅外光熱輻射的一種新型功能涂料。這種納米透明隔熱涂料可刷涂或淋涂在普通玻璃、有機玻璃等透明物體表面上,要求這種涂料具有涂層薄、與玻璃的附著性好、涂層的硬度高和韌性好,且使用壽命長,因此納米透明隔熱涂料具有較高的節能效益和應用前景。
              近年來的研究發現,納米金屬氧化物粉體對可見光透過率很高,并對紅外光卻具有良好的反射性能。經測定:在納米SnO2 中加入銦、銻、砷等元素,幾乎不影響波長400~800nm 可見光的透過率,而對于波長小于400nm前紫外光的吸收率約為90% ;而對波長800~2 500nm的近紅外光可反射阻隔約43%的太陽能量。研究還表明,ATO對波長1 400~2 500nm和氧化銦錫(Indium doped Tin Oxide, ITO)對波長l 100~2 500nm的近紅外光都具有良好的反射阻隔特性,如果將它們的粉末與具有良好紫外光阻隔性能的納米二氧化鈦、氧化鋅、氧化鐵等納米粉體加入到涂料中,將是一種性能優異的納米透明隔熱涂料。殷武等人根據聚苯保溫板熱阻大,將使夏季抹面砂漿的防護層和飾面涂層表面溫度高達60~80℃,而當突降暴雨時,其溫度變化可達30~50℃以上,這種溫度驟變很容易導致防護層和飾面層產生裂縫,當雨水或水汽通過裂縫進入到保溫層中后,將會使保溫板粘結強度下降,以致完全脫落。他們用中空玻璃微珠、納米漿料和氟硅改性丙烯酸乳液制備了一種耐久性好、熱反射率高和導熱系數低的薄型保溫隔熱涂料,如用作保溫系統的飾面涂層,大大提高了保溫體系的使用壽命,增加保溫體系的節能效果。黃燕等人用納米ATO水性漿料和水性聚氨酯(PU) 制備了一種透明隔熱涂料,并研究了不同納米ATO的用量及涂膜厚度對涂層熱學性能的影響,試驗表明,當碘鎢燈照射時,新研制的涂料與空白玻璃兩者背面的溫度差可達到10℃左右,木頭盒中的溫度與外部空氣的溫度差約為6℃,底板上的溫差約達4℃。王雅麗等用納米ATO制備了一種高性能的透明隔熱涂料,這種涂料對于380~780nm的可見光的透過率達到了60%;對于紅外光的阻隔率在50%以上,而且這種涂料耐水、耐鹽堿及醇類的浸蝕,同時加入不同顏料還可制成彩色透明隔熱涂料。

              四、透明涂料的發展展望
             
              隨著我國城鎮化的高速發展,各種建筑物猛增、能源消耗驟增和空氣污染日益嚴重,因此節能減排的重要性和緊迫性已經日益凸顯。為此,在黨的《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十一個五年規劃的建議》中,明確規定了全國城鎮建筑總能耗到2010年要實現節能50%,到2020年北方和沿海發達地區和超大城市要求實現建筑節能65%以上,但實際上到目前為止,一些城鎮的建筑節能率還遠未超過30%。目前,我國約45億m2公共建筑總面積中99%都屬于高能耗的建筑,而對于建筑物主要能耗的門窗玻璃上,透明隔熱涂料的使用率還不到10%。此外,目前大量使用的車輛、船舶的玻璃上還基本上沒有涂裝透明隔熱涂料。
              改革開放以來,人們對工作和居住條件的要求不斷提高,以及建筑結構的不斷進步和發展,各種玻璃在建筑物上的應用比例呈現出明顯上升的趨勢;特別是隨著近年來各種車輛、船舶使用量的快速增長,都大大增加了玻璃的使用量,因此透明隔熱涂料研發必然會成為涂料行業中研究和開發的熱點。然而,由于我國彩色透隔熱涂料的研究與開發起步較晚,大量的研究工作主要是跟蹤國外的一些研究成果,所以至今國內的研究和應用與發達國家還存在較大的差距。同時,由于當前大量研究和開發的高透明隔熱涂料還大多處于實驗室的試驗階段,以至許多研究成果也并沒有進行產業化生產,而且對于透明隔熱涂料的廣告宣傳和推廣應用并不到位,加之透明隔熱涂料的價格太高,難以為廣大的消費者所接受,所以透明隔熱涂料在國內的廣泛應用還需要做大量的工作。另外,為擴大透明隔熱涂料的推廣和應用,應大力開發一些對可見光透過率要求不很高用途的透明隔熱涂料的開發和研究,如用于混凝土建筑物外墻的裝修、聚苯板保溫系統的表面防護層、磁磚貼面建筑物的裝飾涂料等,如果能將這類半透明隔熱涂料投入到建筑物的節能改造中,預期透明隔熱涂料將會有非常好的應用前景,而且會有巨大的消費市場空間。
             廊坊森卓化工有限公司
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