data-full-width-responsive="true"> 1 前 言太阳每秒有1 77 1017 J的能量达到地球表面,巨大的太阳辐射能给生物和人类生存提供了条件,但是强烈的热辐射也给人类生活和工业设备装置带来诸多麻烦。据资料分析,为优化人居环境,确保工业、交通、粮食仓储、军工等战略物资的安全运行和存储,采用制冷、空调、喷淋等隔热降温或保温措施所消耗的能量占总能量消耗的20% ～45%。随着经济发展和人民生活质量的快速提高,隔热、保温等措施耗费的能量仍在增加,而能源发展的速度,远远落后于国家经济建设的发展速度。例如, 1990年至1995年5年间,我国国内生产总值平均增长率为12% ,而能源的增长率仅为3 6%。由此可见,研制开发一种反光隔热效果优良、耐玷污性和耐侯性良好,并具有一定阻燃作用的反射太阳热的环保降温材料,对节约能源、保护环境,具有重要意义。2 实验部分2 1 工作原理和选料原则根据热传导理论,传热以导热、对流和辐射三种方式进行。通常,辐射传热占50% ～60% ,以红外线向外传播;物质传导热占30% ～50%;对流传热占10% ～15%。因此,选择的材料,需对热具有高阻抗,对光和光能(包括可见光、近红外光、远红外光)具有极强的反射能力,而材料本身又能将物体内吸收的热大部分(85% ～90% )辐射散发出去(见图1) ,避免热射线穿透材料物体,减少材料物体内热的传导和蓄积,以达到理想的绝热效果。
大量实践表明,许多天然的非金属矿物都具有较好的阻抗作用,经过加工或复合处理后的非金属矿物更具有突出优异的特殊功能。因此,可选择导热系数低,并具有良好隔热性能的非金属矿物,作为功能性填料的重要研究对象。2 2 基础配方设计根据国内外隔热降温涂料研制和生产应用现状,确定以水为溶剂,高分子合成乳液为成膜物,选择导热系数低并经过选矿提纯、改性的非金属矿物和优良的反光材料做功能性填料,添加各种水性涂料助剂,使整个体系形成缔合交联,均匀的无浓度梯度、热力学稳定具有假可塑性的粘流胶体悬浮液。隔热降温涂料体系,经施工固化成隔热降温涂层和反光涂层。其配方设计见表1。
2 3 实验方法将转速可调的电动分散搅拌机开启后,依次加入分散介质、润湿分散剂、消泡剂、pH调节剂、防冻剂、成膜助剂、功能性填料制成水性悬浮浆体,进行充分混合分散后,在砂磨机中研磨至一定细度后,再在高速分散搅拌机中,将各种助剂与浆料混合均匀即获得涂料产品。2 4 仪器设备小型分散乳化机,小型砂磨机, B 氏黏度计,电子显微镜,WPD806多路巡检仪等。2 5 实验测试装置和测试方法目前,隔热降温涂料的测试没有统一的国家标准,因此我们只能参照国内外相关的实验测试方法。本实验参照美国军标的测试方法,并结合我们的具体情况,制定自己的测试标准。其测试系统见图2。
3 结果与讨论3 1 反光材料的优化选择反光涂层主要是反射太阳辐射热,避免热进入隔热层内部,故选择折光指数高的氧化铁红和反光率高的细磨云
母矿,以及高纯反光材料YZ等制成反光涂层进行实验研究,其试验结果见表2。表2 反光材料的优化选择试验结果
由表2可知:细磨云母和高纯反光材料都是较好的反光物质,按性价比,选择高纯反光材料YZ作为新型特种矿物隔热降温材料的功能性反光填料。3 2 功能性隔热降温矿物填料的优化选择隔热降温涂料属于热功能性涂料,由于
它的特殊性,应选择导热系数低、热阻抗性能好的非晶质二氧化硅作为隔热底层涂料的功能填料。不同的非晶质二氧化硅与涂层隔热效果的关系见图3。
由图3得知:几种非金属矿物在不同程度上都具有隔热降温效果,其中经化学处理的SF型天然非金属矿物效果最为明显,隔热降温幅度平均达到23 12℃,但其处理过程较为复杂,成本偏高。按性价比,宜选择S - 1型矿物材料作为功能性隔热降温矿物填料。3 3 复合涂层的隔热降温效果将隔热降温涂料、反光涂料在优选的基础上,应用最佳的配方设计,制成复合涂层,以了解该体系的隔热降温效果。为模拟油罐、粮仓等各种露天设施的隔热降温情况,选用Ф400 650mm的铁罐以盛水盛油等方式进行实验,其结果见表3。
由表3实验结果得知:使用该涂料涂布的隔热降温复合涂层,其表面温度或铁罐的中心温度可降低18～24℃,温差极为明显。3 4 涂层综合技术性能指标1 光反射率波长400～800nm,反射比Pe = 0 856测试单位:中国测试技术研究院(成都) 2 辐射率(热辐射)辐射率85%测试单位: 国家建筑工程质量监督检验中心(北京)3 涂料综合性能按建筑合成树脂乳液外墙涂料GB /T9755 测试, 12项指标全部达到一级品。测试单位:四川省建材产品质量监督检验中心(成都)4 结 语该涂层涂膜中的特种材料组合,对光和热具有很高的反射和阻抗作用,可大大降低被涂物体表面温度。既提高了环境的舒适度,又节约能源。另外,涂料干燥后,非晶质二氧化硅可形成一个完整的空心隔离层,它不仅具有良好的隔热效果,还具有优异的隔音效果,可创造健康、舒适的生活环境。
