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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 　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、用途及主要發展方向。

    關鍵詞：建筑隔熱涂料；保溫涂料；反射；輻射

    引言

    節能降耗、提高經濟效益是科學研究和技術開 發的基本目標之一，涂料技術也不
　　摘要：敘述了幾種隔熱保溫涂料的原理、組成、性能、用途及主要發展方向。


    關鍵詞：建筑隔熱涂料；保溫涂料；反射；輻射

    引言

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


    據知，我國從今年起，將對新住宅規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濟、使用方便和隔熱效果好等優點而越來越受到人 們的青睞，發展前景光明，將有望促進涂料市場和隔 熱材料應用領域的拓展。根據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在 進行保溫涂料的研究工作，各生產廠對產品的稱呼 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、無機及有機粘結劑及引氣劑等助劑組成。經過機械打漿、發泡、攪拌等工藝制成膏狀保溫涂料，參考配方見表 1 。

　　國家質量技術監督局于 1998 年 5 月發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和應用提供了一個可供參照的技術標準。


    受歷史和社會經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展已達到世界先進 水平，但主要用作工業隔熱涂料，如發動機、鑄造模具等的隔熱涂層等。目前這類涂料正在經歷一場由工業隔熱保溫向建筑隔熱保溫的轉變，但由于存在 自身材料結構帶來的缺陷，如干燥周期長，施工受季 節和氣候影響大，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上發展而來，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，頂樓房間的室內溫度要比樓下房間高出 3 ～ 5 ℃ 。許多發達國家中，噴淋裝置、空調、冷氣機和電風扇等降溫制冷設備所耗用的能量，占全年總能耗的 20 ％以上。而我國，這些設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，因此具有廣闊的發展前景，是能為市場所接受的產品，現已用于建筑業的鋼結構屋頂和玻璃幕墻；石油工業的海上鉆井平臺、 油罐、石油管道；運輸業的汽車、火車、飛機表面；造船工業的船殼、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 部環境溫度，改善工作環境，提高安全性等作用。據美國一家公司測算，使用太陽熱反射涂料可以節約 15 ％～ 20 ％的空調費。它的性能特點決定了其目標市場在石油化工領域，糧儲倉庫部門，建筑業及車輛、船舶的制造業等方面，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、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。


    此類涂料的關鍵技術是制備具有高熱發射率的 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構的摻雜型物質具有熱發射率高的特點，因而廣泛用作隔熱節能涂料的填料。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。白天太陽能經過屋頂和墻壁不斷傳人室內空間及結構，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射的形式將吸收的熱量輻射掉，從而促使室內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、孔隙率高、熱絕緣系數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) 結構基礎上，從理論上其導熱系數 可趨近于零。采用納米孔原料獲得比靜止空氣導熱系數 (0.023w/m·K) 更小的涂膜是完全可能的。降低生產成本，開發使用溫度高于1050 ℃ 的納米孔絕熱材料是今后研發的主要方向。作為最具市場應用潛力的新興納米科學技術，其發展為隔熱涂料的研究提供了前所未有的機遇和可能性。


　　5 主要發展方向

    (1) 現有產品及其技術的改進提高。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能 等方向發展。


    (2) 研制生產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同作用的結果，各種保溫涂料各有其優缺點，可充分發揮各自的特點，進行優勢互補，研制出性能優良的復合 型保溫涂料。


    (3) 大力發展建筑保溫涂料及相關技術。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 節能潛力很大。


    (4) 積極開發新型保溫涂料及相關技術。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構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展的熱 點之一。


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


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