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保温隔热涂料的应用与研究进展!
2022年01月18日    阅读量:     新闻来源:中国涂料在线 coatingols.com  |  投稿

由于保温隔热涂料的使用无需对房屋内原有的墙体及水管、电线线管等进行改建,仅需按普通建筑涂料的施工工艺进行施工即可,因此其在既有房屋的节能改造中有着无可比拟的优势。现如今保温隔热涂料正朝着多功能、高性能的方向发展,而纳米材料等高新技术也已经被应用到新型涂料的研发中。


保温隔热涂料的分类及工作机理


目前常见的保温隔热涂料根据工作机理的不同,可分为阻隔型、反射性、辐射型、混合型等4种类型中国涂料在线coatingols.com。1.阻隔型保温隔热涂料阻隔型保温隔热涂料是一种具有低热导率和高阻抗的被动式涂料,通常采用具有低热导率的材料(如气凝胶、空心玻璃微珠、硅藻土粉等)作为隔热骨料或在涂膜中引入空气(热导率极低),以密度小、孔隙率高的无机矿物为功能性填料,然后选取耐候性好、成膜性好的基料加工制成。其隔热性能的好坏主要取决于涂料中各组分导热系数的大小,保温隔热效果通常与涂料涂层的厚度成正比。阻隔型保温隔热涂料的隔热性能比较突出,更适用于夏季高温地区。

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气凝胶隔热效果


气凝胶涂料就是一种常见的阻隔型保温隔热涂料。涂料中气凝胶的纳米孔以及三维网状结构破坏了基质的热量传导路径,使其具有极低的导热系数。同时纳米孔结构限制了空气分子的自由流动,抑制了空气的对流传导,无限多的孔壁形成了热辐射的反射面和折射面,最大限度的抑制了辐射导热。因此气凝胶涂料能有效降低热量的传输,起到改善环境、降低能耗的作用。2. 反射型保温隔热涂料反射型保温隔热涂料具有反射光和热的性能。穿透大气层到达地面的太阳光的能量,有95%集中在波长为0.4 ~0.72μ m的可见光区以及波长为0.72 ~2.5μ m的红外光区,因此,反射型保温隔热涂料主要将这部分太阳热辐射反射回大气中,使其不被涂层、设备或建筑物所吸收,从而使被涂覆的设备或建筑物表面及内部的温度不致升高。该种涂料对可见光和红外光的反射率越高,隔热效果就越显著。因其主要功能为“隔热”而非“保温”,故主要应用于夏季炎热高温期较长的地区,而很少用于冬季寒冷的地区。

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制备反射型保温隔热涂料时,一般是在涂料中加入具有高反射率、高空隙率、低导热系数的隔热颜填料,在内部构建封闭的孔隙结构,促使进入涂层内部的热量发生二次反射和散射。金属氧化物是最为常用的反射颜填料,如钛白粉(即二氧化钛,折光指数2.80)、氧化锌(折光指数2.20)等。此外,空心玻璃微球和陶瓷微球也常被作为功能性填料使用。在反射型保温隔热涂料中,颜填料的粒径大小、尺寸分布、颗粒形状及用量等方面都会对反射率造成较大的影响。3. 辐射型保温隔热涂料辐射型保温隔热涂料的工作机理,是利用涂料中采用的具有高热发射率物质组份的物理特性,将吸收的热量以电磁波的形式辐射到外部空间,从而起到减少材料表面得热的效果。具体来说,是由于物质的分子吸收了光子的能量,使得晶格、键团不断地振动产生碰撞,从而使分子能态级产生从高到低的热发射,将吸收的部分能量以红外辐射的方式发散到外部空间。辐射型涂料能够将已经吸收的热量以电磁波的形式发射出去,因此是一种主动降温隔热涂料,其隔热功效也要高于反射型涂料,但因其成本较高,目前在建筑物上应用并不多。辐射型保温隔热涂料通常采用具有高热发射率的金属氧化物等作为功能填料,如二氧化锰(MnO2)、氧化铁(Fe2O3)、氧化铜(CuO)的尖晶石型物质。4. 复合型保温隔热涂料


复合型保温隔热涂料可同时具备阻隔、反射和辐射的功能,通常是将以上几种涂料的功能成分结合使用,发挥协同优势,从而增强涂料的保温隔热性能。潘启昭等[3]以丙烯酸树脂为成膜物质,加入金红石型钛白粉作为颜填料、空心玻璃微珠和纳米氧化锆作为功能填料,辅以其他助剂,制备了纳米复合型外墙隔热涂料,兼具了阻隔型、反射型和辐射型的功能。实验表明,空心玻璃微珠和纳米氧化锆有协同作用,与只添加空心玻璃微珠的涂料相比,同时添加空心玻璃微珠和纳米氧化锆的涂料最大温差为3℃。当纳米氧化锆含量为5%时,涂料的保温隔热性能最好,导热率为0.072W/(m·K)。


保温隔热涂料的研究热点与展望


多功能、高性能保温隔热涂料一般具备耐高温、低导热、绿色环保、装饰效果多样化、防水耐久、价格低廉等特点。二氧化硅(SiO2)气凝胶及其复合材料就是此类纳米隔热材料的代表,除了隔热节能性能优异,还具有防水、环保、耐久等优点。近年来,采用纳米SiO2气凝胶来开发高效隔热保温涂料已成为主流趋势之一。


研发以保温为主、隔热为辅的保温隔热涂料具有重要意义,红外高发射率的辐射型保温隔热涂料是建筑涂料的发展方向。用以制备该种涂料的高发射率组分功能填料主要分为3类:一是相变材料,可通过相变吸热和放热的可逆过程,实现温度的恒定;二是金属氧化物,例如F e2O3、M n O2、C u O以及氧化钴(C o O)等,主要辐射波段在2.5 ~12μm范围内;三是具有红外发射率的碱土金属硫酸盐、碱土金属碳酸盐,如硫酸钡(B a S O4)、硫酸钙(CaSO4)、碳酸钙(CaCO3)等。在建筑室内墙壁涂刷的该种涂料,可以吸收部分由人体发出的红外线热量以及暖气、空调等电器发出的热量,当涂层达到一定的储热量时,再以红外发射波形式辐射热量到室内空气中,从而实现室内保温,达到节能目的,尤其适合冬季寒冷地区使用。此外,随着我国对环境保护的重视程度不断提高,可降解涂料、环境友好型涂料必然是将来的主要发展方向。例如,目前市面上大部分反射型保温隔热涂料都是溶剂型,挥发性有机化合物(VOC)等有害成分含量较高,因此研发性能优异且绿色环保的水性反射型涂料也是当前的研究热点。


结语

随着新型材料和高新技术的不断涌现,保温隔热涂料正朝着多功能、高性能的方向不断发展。与此同时,保温隔热涂料的标准体系逐步完善化、检测技术日趋先进化,产品质量也因此得到充分保障。相信在不远的将来,保温隔热涂料的应用范围会更加广泛,必将给整个节能产业的格局带来巨大的改变。


标签:工程建筑涂料工业涂料今日头条行业资讯
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