热反射隔热涂料的研究

data-full-width-responsive="true"> 1 前言在阳光曝晒下，户外物体会持续积累能量，导致其表面和内温度很快升高，空调等装置在消耗大量能量的同时很难获得最佳的制冷效果。为了减少这种消耗，从上世纪七十年代起，国外提出并开始研究一种以反射太阳光中近红外为主的红外反射涂料，与传统降温方法相比，它不仅不消耗能量而且能有效地降低暴露在太阳照射下物体的表面温度，从源头上阻止了热量向物体内部的传递，达到节能降温的目的。国内在此方面的研究也取得了一定的进展，悄然掀起一股研发新型热反射隔热涂料的热潮。2 国内外研究进展热反射隔热涂料是由基料、热反射颜料、填料和助剂等组成，通过高效反射太阳光来达到隔热目的。涂料能对400～2500nm 范围的可见光和近红外光进行高反射，不让太阳的热量在物体表面进行累积升温，又能自动进行热量辐射散热降温，把物体表面的热量辐射到太空中去，降低物体的温度，即使在阴天和夜晚，涂料也能辐射热量降低温度。国家出台反射隔热涂料标准(JC/T 1040-2007)[1]要求：太阳反射比不小于83%，半球发射率不小于85%。国内对太阳热反射隔热涂料的研究还处在开发阶段，研究工作主要集中在成膜物改性和涂料配方的调整。张敏[2]采用鳞片状铝粉为颜料制得一种综合性能优良的水性反光隔热罩面涂料，经实体测定，当气温高达35～37℃时，涂层内部可降温11～13℃。从发表的文献和公布的专利看，关于填料的选择，以TiO2、空心微珠等常见材料为主，虽有效隔热降温效果，到目前为止未见有更一步的报道。因此，要想在此方面获得重大进展，应当在功能性材料的开发上多做研究，努力开发、研制导热系数低、近红外高反射、热红外高发射的新型材料，特别是纳米涂料的开发与应用。此外，由于太阳热反射隔热涂料是近些年才发展起来，各个科研机构多借鉴美国军标，以自制装置测量其反射、隔热效能，因此，缺乏一个统一的比较平台，相关标准还有待建立。国外早在上世纪90 年代初就开始研发新型的隔热保温涂料，有关反射隔热涂料的研究报道也较多，而且研发趋势已由工业隔热保温向建筑隔热保温为主的方向转变。RNeil[3]采用马来酸二丁酯- 乙酸乙烯共聚五为成膜物质，通过加入一种CeramicSil32 珠光隔热剂制得了隔热性能良好得水性隔热涂料。关于这方面材料的研究，从已经公布的专利看，以美国和日本研究较多。表1 列举了部分美国和日本的相关专利信息[4-7]。3 发展方向隔热功能涂料是一种可以在不消耗能量的情况下，明显降低涂装内外表面温度的功能性涂层材料，具有隔热效果好、涂层质量轻、耐久性好等优异的物理化学性能与极强的反射隔热效果，可广泛应用于储罐、船舶、建筑和车辆等。随着对隔热功能涂料研究地逐步深入，将呈现以下发展趋势：31 环保性环保是新材料开发的首要考虑因素。传统的涂料多为溶剂型，其中含有大量的有机溶剂，使用时还常加入有机溶剂稀释，这些溶剂在施工时难以控制用量，施工难度比较大，施工后挥发到大气中，对人体健康构成危害，而且污染环境。随着人们环保意识的逐渐增强，世界各国环保法规日益严格，开发对环境友好的绿色环保涂料刻不容缓，水性涂料顺应了发展的趋势。水性涂料是以水溶性树脂为基料的涂料，在施工过程中以水为稀释剂，消除了施工时的火灾危险性，降低了对环境的污染，并且涂装的工具可用水冲洗，大大减少了清洗溶剂的消耗。32 单层涂膜目前，多数太阳热反射涂料分为三层涂膜体系，即底漆、中漆和面漆。底漆以抗碱、防锈为目的，遮盖力强需很强；中漆是主要的反射隔热层，热传导系数小；面漆反射太阳光中可见光和近红外光区的能量，起保护和抵抗外界物质侵蚀的作用。隔热层的隔热效果有一定的局限，要求面漆反射绝大部分的太阳光能。但多层涂料体系的太阳反射涂料，在涂覆过程中很难保障面漆层的光滑和厚度一致，而且多层涂膜体系在原料方面也很浪费。因此开发单层涂料体系的太阳热反射涂料具有一定的经济价值。33 相转变材料的使用相转变材料是一种能在一定温度范围内从液态转变为固态，或从固态转变为液态的材料。它在加热过程中从周围吸取热量，获得破坏保持固态结合力所需的能量，吸收大量的潜热，此时相变材料和周围环境或物质的温度保持恒定；反之，在冷却过程中，当达到相变材料的结晶温度时，这种潜热就被释放出来，液态变成固态。相比于传统的隔热保温材料主要以增加空气间隙、减小传导效率的隔热方式，相转变材料能根据环境温度自动调节，具有降低能耗的良好效果，实际发展前景广阔。