新型熱反射隔熱涂料的研究與發(fā)展方向
  

　　(廣東省建筑材料研究院)
    摘要：熱放射隔熱涂料具有極強(qiáng)的發(fā)射隔熱效果，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。本文概述了熱反射功能涂料的國(guó)內(nèi)外進(jìn)展，并提出了今后的發(fā)展方向。
    關(guān)鍵詞：隔熱；功能涂料；發(fā)展方向

    1前言
    在陽(yáng)光曝曬下，戶外物體會(huì)持續(xù)積累能量，導(dǎo)致其表面和內(nèi)溫度很快升高，空調(diào)等裝置在消耗大量能量的同時(shí)很難獲得最佳的制冷效果。為了減少這種消耗，從上世紀(jì)七十年代起，國(guó)外提出并開(kāi)始研究一種以反射太陽(yáng)光中近紅外為主的紅外反射涂料，與傳統(tǒng)降溫方法相比，它不僅不消耗能量而且能有效地降低暴露在太陽(yáng)照射下物體的表面溫度，從源頭上阻止了熱量向物體內(nèi)部的傳遞，達(dá)到節(jié)能降溫的目的。國(guó)內(nèi)在此方面的研究也取得了一定的進(jìn)展，悄然掀起一股研發(fā)新型熱反射隔熱涂料的熱潮。

    2國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
    熱反射隔熱涂料是由基料、熱反射顏料、填料和助劑等組成，通過(guò)高效反射太陽(yáng)光來(lái)達(dá)到隔熱目的。涂料能對(duì)400～2500nm范圍的可見(jiàn)光和近紅外光進(jìn)行高反射，不讓太陽(yáng)的熱量在物體表面進(jìn)行累積升溫，又能自動(dòng)進(jìn)行熱量輻射散熱降溫，把物體表面的熱量輻射到太空中去，降低物體的溫度，即使在陰天和夜晚，涂料也能輻射熱量降低溫度。

    國(guó)家出臺(tái)反射隔熱涂料標(biāo)準(zhǔn)(JC/T1040-2007)[1]要求：太陽(yáng)反射比不小于83%，半球發(fā)射率不小于85%。國(guó)內(nèi)對(duì)太陽(yáng)熱反射隔熱涂料的研究還處在開(kāi)發(fā)階段，研究工作主要集中在成膜物改性和涂料配方的調(diào)整。張敏[2]采用鱗片狀鋁粉為顏料制得一種綜合性能優(yōu)良的水性反光隔熱罩面涂料，經(jīng)實(shí)體測(cè)定，當(dāng)氣溫高達(dá)35～37℃時(shí)，涂層內(nèi)部可降溫11～13℃。從發(fā)表的文獻(xiàn)和公布的專(zhuān)利看，關(guān)于填料的選擇，以TiO2、空心微珠等常見(jiàn)材料為主，雖有效隔熱降溫效果，到目前為止未見(jiàn)有更一步的報(bào)道。因此，要想在此方面獲得重大進(jìn)展，應(yīng)當(dāng)在功能性材料的開(kāi)發(fā)上多做研究，努力開(kāi)發(fā)、研制導(dǎo)熱系數(shù)低、近紅外高反射、熱紅外高發(fā)射的新型材料，特別是納米涂料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。此外，由于太陽(yáng)熱反射隔熱涂料是近些年才發(fā)展起來(lái)，各個(gè)科研機(jī)構(gòu)多借鑒美國(guó)軍標(biāo)，以自制裝置測(cè)量其反射、隔熱效能，因此，缺乏一個(gè)統(tǒng)一的比較平臺(tái)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還有待建立。

    國(guó)外早在上世紀(jì)90年代初就開(kāi)始研發(fā)新型的隔熱保溫涂料，有關(guān)反射隔熱涂料的研究報(bào)道也較多，而且研發(fā)趨勢(shì)已由工業(yè)隔熱保溫向建筑隔熱保溫為主的方向轉(zhuǎn)變。R.Neil[3]采用馬來(lái)酸二丁酯-乙酸乙烯共聚五為成膜物質(zhì)，通過(guò)加入一種CeramicSil32珠光隔熱劑制得了隔熱性能良好得水性隔熱涂料。關(guān)于這方面材料的研究，從已經(jīng)公布的專(zhuān)利看，以美國(guó)和日本研究較多。
 

表1列舉了部分美國(guó)和日本的相關(guān)專(zhuān)利信息[4-7]

表1 部分美國(guó)和日本的相關(guān)專(zhuān)利信息

3發(fā)展方向
    隔熱功能涂料是一種可以在不消耗能量的情況下，明顯降低涂裝內(nèi)外表面溫度的功能性涂層材料，具有隔熱效果好、涂層質(zhì)量輕、耐久性好等優(yōu)異的物理化學(xué)性能與極強(qiáng)的反射隔熱效果，可廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)罐、船舶、建筑和車(chē)輛等。隨著對(duì)隔熱功能涂料研究地逐步深入，將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：

    3.1環(huán)保性
    環(huán)保是新材料開(kāi)發(fā)的首要考慮因素。傳統(tǒng)的涂料多為溶劑型，其中含有大量的有機(jī)溶劑，使用時(shí)還常加入有機(jī)溶劑稀釋?zhuān)@些溶劑在施工時(shí)難以控制用量，施工難度比較大，施工后揮發(fā)到大氣中，對(duì)人體健康構(gòu)成危害，而且污染環(huán)境。隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，世界各國(guó)環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境友好的“綠色環(huán)?！蓖苛峡滩蝗菥?，水性涂料順應(yīng)了發(fā)展的趨勢(shì)。水性涂料是以水溶性樹(shù)脂為基料的涂料，在施工過(guò)程中以水為稀釋劑，消除了施工時(shí)的火災(zāi)危險(xiǎn)性，降低了對(duì)環(huán)境的污染，并且涂裝的工具可用水沖洗，大大減少了清洗溶劑的消耗。

    3.2單層涂膜
    目前，多數(shù)太陽(yáng)熱反射涂料分為三層涂膜體系，即底漆、中漆和面漆。底漆以抗堿、防銹為目的，遮蓋力強(qiáng)需很強(qiáng)；中漆是主要的反射隔熱層，熱傳導(dǎo)系數(shù)小；面漆反射太陽(yáng)光中可見(jiàn)光和近紅外光區(qū)的能量，起保護(hù)和抵抗外界物質(zhì)侵蝕的作用。隔熱層的隔熱效果有一定的局限，要求面漆反射絕大部分的太陽(yáng)光能。但多層涂料體系的太陽(yáng)反射涂料，在涂覆過(guò)程中很難保障面漆層的光滑和厚度一致，而且多層涂膜體系在原料方面也很浪費(fèi)。因此開(kāi)發(fā)單層涂料體系的太陽(yáng)熱反射涂料具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

    3.3相轉(zhuǎn)變材料的使用
    相轉(zhuǎn)變材料是一種能在一定溫度范圍內(nèi)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，或從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的材料。它在加熱過(guò)程中從周?chē)崃?，獲得破壞保持固態(tài)結(jié)合力所需的能量，吸收大量的潛熱，此時(shí)相變材料和周?chē)h(huán)境或物質(zhì)的溫度保持恒定；反之，在冷卻過(guò)程中，當(dāng)達(dá)到相變材料的結(jié)晶溫度時(shí)，這種潛熱就被釋放出來(lái)，液態(tài)變成固態(tài)。

    相比于傳統(tǒng)的隔熱保溫材料主要以增加空氣間隙、減小傳導(dǎo)效率的隔熱方式，相轉(zhuǎn)變材料能根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，具有降低能耗的良好效果，實(shí)際發(fā)展前景廣闊。
（威仕利墻面漆）

【參考文獻(xiàn)】
    [1]建筑外表面用熱反射隔熱涂料.JC/T1040-2007
    [2]張敏.水性反光隔熱罩面涂料[J].中國(guó)建筑防水,1997,(2):19～20
    [3]R.Neil.Water-based thermal[P].US:5445754,1995
    [4]Kiik,etal.Heat reflective coated structural article[P].US:6872440,2005[5]G Hallissy,et al.Flexible,insulative fire protectivecoatings and conduits,utilitarian components,and structural materials coated therewith[P].US:54035,2004
    [6]Ebara Densen KK.Heat resistant insulating coating[P].JP:57120,2001
    [7]Nagashima Specaial Paint.Heat insulating coating[P].JP,11323197,1999