太阳热反射涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 太阳能是人类生存和生活的必备条件，但强烈的辐射也给人类的生活带来一些不便。比如夏季阳光照射在金属板上，其表面温度可达70～80℃，如此势必会带来诸多不便并造成物资损失。20 世纪90 年代，美国国家航天局的科技人员开发了一种价格昂贵的太空绝热瓷层，国内也有学者借鉴前者技术思路开发了太阳热反射涂料，但价格仍然偏高，应用不广泛，所以在保持涂料隔热性能的基础上降低其成本是隔热材料的研究方向之一。此外，户外用涂料的使用环境相对恶劣，因此对涂料的综合物化性能也有更高的要求。研究高耐候性的太阳热反射涂料，有效提高涂层的隔热性能和基材的使用寿命，降低被覆空间温度，可以减少物资不必要的损耗，节约大量制冷用能量，具有重要的经济意义与社会效益。1 实验11 实验材料实验所用的材料分为基料、颜填料、功能性材料、助剂等4 部分。1) 基料：965 丙烯酸树脂，N 75 固化剂。2) 填料：玻璃微珠，二氧化钛，云母粉、氧化锌、立德粉、硫酸钡。3) 助剂：分散润湿剂、消泡剂、流平剂等。12 涂料的制备工艺先用溶剂充分润湿颜料后，加入相应量树脂研磨适当时间，让颜料与树脂充分混合均匀，然后在低速搅拌下加入预先用硅烷偶联剂处理过的空心玻璃微珠(防止破坏微珠的空心结构），再加入适量的消泡剂、流平剂等助剂。13 试验装置与测试方法目前我国还没有制定测定隔热涂料对太阳光的反射能力的标准，一般都是参考美国军标中规定的方法进行测试。笔者也在此基础上制作了简易的太阳热反射测试装置（ 如图1 所示）。试验用试板为市售钢板，经剪切、刨、磨制成试样，规格为150 m m 70m m 15 m m 。试验的步骤如下。1） 将刷涂了黑磁漆的试板放在聚苯乙烯泡沫板上，刷漆面朝上，置于碘钨灯的正下方；2） 调节调压器和灯与试板间距，使黑漆试板在30m in 内达到平衡温度（ 87803℃）；随即用待测的涂料试板撤换黑漆板，并记录反射漆板平衡时的温度。再对比在相同室温下其他涂料试板的测量温度值来考察涂料的隔热性能。2 结果与讨论21 成膜基料的选择颜料对可见光和近红外辐射的散射能力取决于颜料和树脂的折光系数的差异。有机树脂的折光系数一般都在145～15 之间，相差不大，因此作为成膜物质的树脂的种类对太阳光的反射效果影响不大，可选择透明度高，对可见光和近红外吸收小的合成树脂 为基料。同时考虑到户外用涂料需要有较好的耐候性，经试验确定采用羟基丙烯酸树脂和固化剂，利用其可在室温下自交联的特性形成涂膜。22 颜填料对隔热性能的影响221 颜填料的折光系数对隔热性能的影响隔热涂料要求颜填料粒子对可见光和近红外光的吸收越小越好，同时对其散射率越大越好，那么就应该选用折光系数尽量高的白色颜料。按相同的基础配方配比不同的白色颜料，进行了隔热性能对比，结果见表1。由表1 可见，白色颜料的折射率越高，涂膜的反射率也越高，在相同的室温和光照下，试板的背面平衡温度越低。金红石型钛白粉折射率高，对可见光有强烈的反射，所以隔热效果最好。222 颜填料粒径对隔热性能的影响颜料选定后，颜料的粒径对涂层的热反射性起关键作用。颜料的最佳粒径d 和辐射波长的关系如下：式中：nP 为颜料的折光系数;nR 为树脂的折光系数;m为散射比；k 是由m和nR 决定的常量。根据上述公式，可以通过计算得知粒径为02m 的二氧化钛能有效地反射最大波长为04m 的太阳光辐射。如果要有效反射最大波长为25m 附近的太阳光辐射，就需要粒径约为11m 的二氧化钛。223 钛白粉与体质颜料配比的确定由于钛白粉市售价格较高，而云母粉价格相对较低，且云母粉系层状硅酸盐单斜晶系晶体，物化性能稳定，能反射光和热，以其作体质颜料，取代部分钛白粉用于涂料中，制成钛白粉占颜料总量分别为100% 、67% 、50% 、33% 的涂料的隔热性能见表2。