解析隔熱降溫涂料在建筑上的發展
2011/11/14 9:56:40
目前，外墻外保溫涂料在我國得到廣泛應用，涂料也開始從過去的膏狀涂料向粉狀涂料轉變，并且以粉狀涂料為主；組成材料由初期以膨脹珍珠巖作為絕熱骨料逐步轉變成以膨脹聚苯顆粒為絕熱骨料。國家建工行業標準JG158—2004《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統》頒布實施后，將這類材料稱為膠粉聚苯顆粒保溫漿料，但在開發應用初期仍稱為保溫隔熱涂料。
用于建筑隔熱涂料的樹脂基料對可見光和近紅外光的吸收應越小越好。由于合成樹脂的折光指數一般都在1.45~1.5之間，因此不同樹脂對涂料的太陽熱反射效果沒有太大影響。在實際應用過程中通常要求樹脂的透明度高、透光率在80%以上，太陽能吸收少，所以在選擇樹脂基料時，應盡量選用那些結構中不含或少含-C-O-C、C=O、O-H等吸熱基團的樹脂。以往在工業上主要是用于金屬貯罐表面，要考慮防腐性能，所以基本是溶劑型涂料。現在用于建筑上，要考慮環保要求，主要是水性涂料，采用高聚物乳液作為基料，對現有乳液進行有機硅改性從而提高涂料的耐候性是當前基料的研究方向之一。
反射型功能性顏填料的主要作用是反射太陽光輻射，減少熱量的吸收。涂料對太陽光輻射的散射能力取決于顏料和樹脂折光系數的差異。由于不同樹脂的折光指數大致相同，因此要達到高散射比，必須選取折光指數高的顏料。顏填料與樹脂的這種折光指數的關系，與顏填料的遮蓋力有一定的關聯。顏填料的遮蓋力越強，散射熱的能力越強。金屬粉末（如鋁粉等）對可見光具有較強的反射率，常用于溶劑型隔熱涂料中，但由于金屬粉末在水性涂料中會氧化變色，失去反射作用，所以在建筑隔熱降溫涂料中不能使用金屬粉末。鈦白和氧化鋅等白色顏料具有較高的折光指數，對可見光反射率高，所以目前的降溫涂料主要集中在白色和淺色。對于要求深色涂料的情況，因為彩色顏料對可見光有強烈的吸收，所以降溫只能靠提高顏料對近紅外光的反射和增強涂層在8~14μm的輻射，研制難度較大，目前國內外尚無理想產品問世。江晴等人計算出理想灰色降溫涂料的降溫極限是23℃，實際上灰色紅外反射涂料的降溫效果要小得多，用無機顏料配制成的灰色熱反射涂料，其降溫效果很難超過10℃。預計目前可能配制灰色降溫涂料的顏料主要有三氧化二鉻顏料系列、苝顏料系列和偶氮化合物顏料系列。孫元寶等人研制成綠色太陽熱反射涂料，在近紅外區的反射率超過75%，能使涂覆物的表面溫度降低10~15℃，內部溫度降低8~10℃。除了顏料類型之外，顏料粒徑對涂料的熱反射性也有重要影響。助劑作為涂料原材料的一部分，它的用量雖然很少，但它既可以避免產生許多漆膜缺陷，又可很方便地控制施工，是水性涂料生產和施工中必不可少的成分。助劑主要包括：成膜助劑、分散劑、潤滑劑、消泡劑、增稠流變劑等多種類型。除了選擇正確的助劑之外，還需對助劑用量和添加順序進行研究選擇，保證涂料體系的匹配和施工的穩定性。
以前，為了達到良好的隔熱效果，多是采用幾種手段結合的辦法，比如在底漆和中涂漆中添加隔熱型顏填料，在面漆中添加反射型顏填料，這樣多道涂料涂刷，容易造成涂層過厚或者表面不平整。近些年，我國對反射-隔熱功能復合填料展開了大量的研究。馬承銀等人以Ti（SO4）2為主要原料，通過化學沉積方式將TiO2包覆在中空玻璃微珠表面，制得具有反射近紅外光的新型隔熱材料。研究指出：TiO2的包覆厚度以1μm為宜，在此條件下配制的涂料對可見光和近紅外光的反射比分別為86%和81%。李文丹等人也以Ti（SO4）2為母體，以NH3·H2O為沉淀劑，采用非均相沉淀法在空心玻璃微珠表面包覆一層銳鈦型TiO2，探討了溫度和pH值對制得材料的影響。楊富民以TiCl4為主要原料，成功地制成具有散射-隔熱結構的微珠包膜材料。
在軍事上，實現紅外偽裝的技術途徑有2種：一是控制表面發射率；二是控制表面溫度。這與建筑物用隔熱降溫涂料也有共同之處。在偽裝中，為降低目標表面的溫度變化范圍，采用大熱慣量材料是人們首選的方法。大熱慣量材料主要分為：相變材料和隔熱材料兩類。相變材料的偽裝方式是利用其在相變溫度發生相變時伴隨有大量的吸熱和放熱效應而溫度保持不變的特性來實現偽裝目的。當前相變材料的使用方式是將內裝有相變材料的微膠囊埋置在泡沫狀物質中、分散在織物中或是與膠黏劑混合后用在軍事目標上，通過吸收目標放出的熱量，降低其熱紅外輻射強度。微膠囊的粒徑分布在5~200μm之間，能夠在其中封閉固態微粒和液態微滴。可以制成中間包裹有熔點30~50℃的固態物質的微膠囊，將這種物質混入偽裝涂料中并控制其含量，所形成的涂層具有良好的控溫性。當涂層溫度過高時，微膠囊中的固態物質就會吸熱而熔融，由于熔融是一個大量吸熱的過程，且物質由固態變成液態，體積變化不大也不會對膠囊壁造成破壞；當環境溫度下降時，則又由液態轉化到固態并放出一定的熱量。這樣涂層就達到了良好的降溫效果，并且對敵方的熱紅外觀察可以起到有效的屏蔽作用。若能選擇合適的相變材料，使其熔點在20~30℃，則所配制的建筑涂料不僅具有隔熱降溫的作用，在冬季氣溫較低時也有保溫的作用。
透明隔熱涂料是近發展起來的一種在可見光區具有透明性的隔熱涂料，與傳統用于建筑物的大面積窗口及透明頂棚的金屬鍍膜和各種熱反射貼膜相比，透光性更好。它主要是利用納米氧化錫銻（ATO）、氧化銦錫（ITO）、氧化鋁鋅（AZO）等摻雜半導體粉體對可見光良好的透過率及對紅外光區極高的發射率來達到透明隔熱的目的。納米化顏填料不僅可以用在透明隔熱涂料中，而且也可以增強反射型和輻射型降溫涂料的功效。筆者認為：如能在深色建筑外墻涂料的表面使用一層透明隔熱涂料也是研制深色降溫涂料的一條途徑。
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