建筑節(jié)能涂料用顏填料的技術應用與發(fā)展

     【全球涂料網(wǎng)資訊中心】隨著人們生活水平的提高，節(jié)能降耗、環(huán)保等觀念日
益體現(xiàn)在國民經(jīng)濟的各個方面。 石油工業(yè)、運輸業(yè)、兵器工業(yè)等的迅速發(fā)展，也要求使用反射絕熱的新型涂料，以降低暴露在陽光輻射下設備的表面溫度，阻止熱傳導，改善工作環(huán)境，提高安全性。

    例如：石化行業(yè)中的油氣儲罐在夏日陽光曝曬下會持續(xù)積聚能量，使其表面和內(nèi)部快速升溫，可能導致內(nèi)壓過大引起爆炸，為了降低內(nèi)壓，需要頻繁開啟放氣閥或用冷水噴淋，這會加劇產(chǎn)品的損耗和大氣污染，而且傳統(tǒng)的水噴淋方法還會造成水、電資源的巨大浪費，不符合節(jié)能環(huán)保要求。為此而研發(fā)的高效降溫節(jié)能涂料，通過使用節(jié)能環(huán)保功能性顏填料，選擇合適粒徑的空心玻璃微珠，得到具有很低導熱系數(shù)的涂層，再結合其他措施，最終可使油氣儲罐在夏季高溫條件下，內(nèi)部溫度降低 8～10 ℃，外部表面溫度降低 12～20 ℃，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保涂料的研發(fā)目標。
 

    建筑能耗在人類整個能源消耗中所占比例一般在30%～40%，且絕大多數(shù)是采暖和空調(diào)的能耗，因而建筑節(jié)能意義重大。本文就建筑隔熱保溫節(jié)能涂料中起關鍵作用的功能性顏填料進行分析。

    顏填料對光的吸收、散射主要取決于物質自身的組成、結構。

1,顏填料在建筑節(jié)能方面材料的選擇

    根據(jù)建筑隔熱涂料隔熱機理和隔熱方式的不同，可將其分為阻隔型隔熱保溫涂料、反射型隔熱保溫涂料、輻射型隔熱保溫涂料三類。 

 
    節(jié)能顏填料在阻隔型隔熱保溫涂料中材料的選擇

    阻隔性隔熱保溫涂料從傳熱機理上看，實質是起到絕緣體的作用，讓外界的熱量傳遞不到被保溫物內(nèi)部，起到冬暖夏涼的保溫效應。在原理上，就是要想辦法降低基體表面涂料層的熱傳導系數(shù)。導熱系數(shù)是由各種物質的物性所決定的，金屬的導熱系數(shù)最大，非金屬固體的導熱系數(shù)次之，氣體的導熱系數(shù)最小，常溫下靜止空氣的熱導率為 0.023 W/(m·K)，因此要求涂料層的干密度要低，所選用的填料的密度一定要低，使導熱系數(shù)小的氣體能盡可能地填充其中。一般而言，密度低的涂層填料是由微細纖維、輕質粉和顆粒組成，顆粒材料的內(nèi)部是微小的封閉孔隙、顆粒之間被松懈的纖維和輕質粉所填充。

    空心玻璃微珠做顏料。

    在建筑涂料中加入一定量的空心玻璃微珠，可以大大提高涂層的孔隙率，起到隔熱作用。同時在微珠制備中混入的金屬粒子沉積在空心球內(nèi)表面，也極大提高了對光的反射作用。微珠粒徑越大，平衡溫度越低。這是因為玻璃微珠的空心結構起主要的隔熱反射作用，在相同質量分數(shù)下，粒徑大的玻璃微珠空心體積大，隔熱反射效果更佳。但粒徑大的玻璃微珠制得的樣板表面較為粗糙，可作隔熱中間涂層。

    反射型隔熱保溫涂料中節(jié)能顏填料材料的選擇

    熱反射涂料的隔熱原理是通過涂料中的顏填料粒子將太陽熱輻射反射或將吸收的熱能輻射到外部空間，從而降低被覆物的表面乃至內(nèi)部溫度，節(jié)約大量空調(diào)費用；同時可降低涂膜的光熱老化作用，延長其使用壽命。

    氧化鐵系顏料具有較好的耐候性、色譜較齊全、價格低廉。鐵紅能吸收陽光中的紫外光譜且折光指數(shù)較高，對涂層有反射隔熱作用。

    采用納米材料制得具有納米微孔結構的涂膜將是下一階段隔熱涂料發(fā)展的熱點之一。如國外開發(fā)的一種節(jié)能環(huán)保涂料是利用納米技術使多種無機原料形成緊密的玻璃泡型微粒，這層空心隔熱層的紅外線反射率達到 80%，紫外線反射率達 90%以上。在屋頂上涂上這層涂料，戶外溫度高達 36 ℃，室內(nèi)溫度卻可降低到 28 ℃，能節(jié)約空調(diào)能耗 40%以上

 
2,影響建筑顏填料節(jié)能效應的性能參數(shù)

    折光指數(shù)(或遮蓋力)
 
    反射太陽光面漆顏料的選擇：熱反射涂層的主要指標——熱反射率，取決于涂料中顏填料的光學屬性，涂料中的顏填料所起的作用主要以散射為主。散射率定義為顏料與樹脂折光指數(shù)的比值：即 Np/Nr。式中 Np為顏料的折光指數(shù)，Nr為樹脂的折光指數(shù)。顏填料的折光指數(shù)與樹脂的折光指數(shù)相差越大，對太陽光的反射能力越強。當樹脂的折光指數(shù)以及涂層厚度一定的條件下，反射率取決于顏料的折光指數(shù)和純度。顏填料與樹脂的這種折光指數(shù)的關系，與顏填料的遮蓋力有一定的關聯(lián)。顯然，顏填料的遮蓋力越強，散射熱的能力越強。

 
    粒徑

    太陽光放射能量中紫外線放射能量占 2.5%，可見光占44.3%，近紅外線占 53%。包含紫外線、可見光、近紅外線的太陽能量波長區(qū)域是 0.2～2.5 μm，所以選擇可反射波長在 0.2～2.5 μm 的太陽熱的陶瓷材料作填料效果最好。 陶瓷材料是由多原子組成的多配位分子結構物質，多原子在振動過程中易改變分子的對稱性而使偶極矩發(fā)生變化。故而許多陶瓷材料都具有較高的發(fā)射率。 為了提高熱反射效率，國外研制出了一種粒徑在 1 μm以下的陶瓷填料(由二氧化鈦、氧化鋅、氧化鎂、二氧化硅、氧化鋁組成)，這種填料具有導熱系數(shù)和比熱小的特點，相應的涂料可保持涂膜表面溫度與室外溫度大體接近的溫度，將這種遮光隔熱涂料涂刷在建筑物的屋頂上、外墻表面，可防止內(nèi)部溫度上升，降低了空調(diào)消耗費用。

3,建筑節(jié)能涂料用顏填料的研發(fā)關鍵

    美國 Lawrence Berkeley National Laboratory(LBNL)對近百種顏填料的光學屬性進行了系統(tǒng)的分析，并按照色系分類建立了完善的數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫資料分析了數(shù)據(jù)庫中高反射顏填料的屬性和成分，能直觀判斷哪些顏填料在近紅外區(qū)具有高反射性能。這給研發(fā)高反射顏填料提供了依據(jù)。

    參考 LBNL 顏填料數(shù)據(jù)庫，分析其中近紅外(NIR)高反射顏填料的光學屬性和成分，結合配色原理，可大大縮短多色系高反射顏填料的研發(fā)時間，并可以有目的地設計研發(fā)所需的顏填料。

    復合結構比空心玻璃微珠的紅外光反射率有顯著提高，復合粉體對可見光和近紅外波段的太陽光輻射有很高的反射率(>95%)。 納米技術作為一種最具有市場應用潛力的新興科學技術，為建筑節(jié)能隔熱涂料及其所使用的功能性顏填料的研究提供了前所未有的機遇和可能性。 (來源：全球涂料網(wǎng) / 本文作者：曹曉瑤 )

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