新型薄层隔热节能涂料的探索

时间:2018-04-21 09:08:42 材料毕业论文 我要投稿

新型薄层隔热节能涂料的探索

能源形势和发展节能涂料的意义

  随着中国社会经济的快速发展,能源消耗量与日俱增,然而,我国人均能源储备远低于世界平均水平,能源紧缺的问题将越来越严峻。因此,近年来国家积极推动各行业大力发展节能产品,以减缓能源消耗速度,来维持中国经济的快速可持续发展。

新型薄层隔热节能涂料的探索

  由于建筑物能量损耗而消耗的能源数量巨大,近年来,建筑节能越来越受到人们重视。建筑涂料作为一种重要的建筑材料,推行节能功能涂料对节约资源、促进社会经济可持续发展有重要意义。

  节能功能涂料的现状

  随着科学技术的进步,各种节能材料的出现,促进了节能功能涂料的发展。其中,隔热保温涂料作为节能功能涂料的典型,受到业内人士的普遍关注并取得明显的发展。隔热保温涂料的主要作用是阻止自身热量的散失和阻止外界太阳能量的侵入。由于中国的地域宽广,对隔热保温涂料的需求有所不同,北方寒冷地区要求保温效果明显的材料,减少室内自身热量的散失,因此外墙保温材料在北方地区有作用明显。南方地区光照强、气温高,因此需要隔热效果好的涂料,以阻止外界太阳能量的侵入。

  目前市场上的保温隔热涂料主要分两大类,一类以厚质的外保温系统为代表,利用降低热传递的阻隔原理,效果明显,另外还有传统的硅酸盐类复合涂料也是利用这一原理;另一类是薄层涂料,利用减少太阳光吸收的原理减少外界太阳能量的侵入。外保温系统使用厚质材料发展比薄层隔热涂料早些,目前已有一些成功的生产企业和工程案例,薄层隔热涂料起步相对较晚,市场上同类产品效果参差不齐,但南方市场发展应用前景广阔。

  由于厚质保温材料发展已比较成熟,薄质与厚质保温体系相比有施工简单,开裂风险小,安全性高等优点,以下着重分析薄层隔热节能涂料技术。

  薄层隔热节能涂料技术

  1.反射隔热涂料

  由太阳光谱能量分布曲线可知,太阳能量绝大部分处于400—1750nm范围内的可见光和红外光区。在该波长范围内,涂膜的反射率越高隔热效果就越好。因此通过选择在该波长范围内反射率高的原料,可制得高反射率的涂膜,反射可见及红外光,以达到隔热的目的。

  早期的反射隔热涂料,通过选择高反射率的金属或金属氧化物颜填料,制得高反射率的涂层,反射太阳热以达到隔热的目的。由于金属薄片在溶剂型涂料中能够较长时间稳定存在,而在水性体系中则不能,因此大多数反射隔热涂料为溶剂体系。但水性化是涂料的发展趋势和必然归宿。目前,利用“空心微珠”等组合形成高太阳热反射漆膜,具有很好的降温隔热作用。空心微珠填料对近红外光的反射率远远高于普通填料。主要使用玻璃微珠和陶瓷微珠,玻璃微珠与陶瓷微珠的反射比相近,但陶瓷微珠的贮存稳定性差,空心玻璃微珠保温涂料较稳定。

  2.辐射隔热涂料

  辐射隔热涂料是通过辐射的形式把建筑物吸收的日照光线和热量以一定的波长发射到空气中,从而达到良好隔热降温效果的涂料。其中的关键技术是制备具有高热发射率的涂料组分。研究表明,多种金属氧化物,如Fe2O3、Mn02、C0203、CuO等具有反型尖晶石结构的掺杂型物质具有热发射率高的特点,因而广泛用作隔热节能涂料的填料。

辐射隔热涂料不同于玻璃棉、泡沫塑料等多孔性低阻隔性隔热材料,阻隔性隔热材料只能减慢但不能阻挡热能的传递。白天太阳能经过屋顶和墙壁不断传人室内空间及结构,一旦热能传人,就算室外温度减退,热能还是困陷其中。而辐射隔热涂料却能够以热发射的形式将吸收的热量辐射掉,从而促使室内与室外以同样的速率降温。

  3.真空隔热涂料

  热传递有三种方式:传导、对流和辐射。真空状态能使分子振动热传导和对流传导两种方式完全消失,因此可采用真空状填料制备性能优良的保温涂料。

  美国豪斯实验室对民用建筑使用真空陶瓷微珠效果的测试结果表明,上百万真空陶瓷微珠在波长500-2500nm波长范围内对阳光的反射率平均达到86%,夏天空调能耗至少节省64%。这种涂料过去仅限于在航天产品上使用。近年来,发达国家先后将其应用到了民用建筑和工业设施。

  4.透明隔热涂料

  透明隔热涂料是一种在可见光区具有透明性的隔热涂料。主要是利用纳米氧化锡锑系列(氧化锡锑、氧化锡、氧化铝锌等)半导体粉体对可见光良好的透过率及对红外光区极高的反射率来达到透明隔热的目的。

  对于建筑物的大面积窗口及透明顶棚、汽车窗口等场合,太阳光的热辐射会增加空调的使用率,浪费能源,传统的解决方案是使用金属镀膜热反射玻璃和各种热反射贴膜等产品达到隔热降温的目的。但是这些产品也存在一些问题,其在可见光的不透明性和高反射率限制了它的使用范围,例如高反射率会出现光污染问题。纳米材料的出现为透明隔热问题的解决提供了新的途径。

  5.相转变隔热涂料

  众所周知,0度的冰转化为0度的水需要吸收能量,0度的水转化为0度的冰需要释放能量。在这个相转变的.过程中,虽然发生了能量的传递但温度保持不变。相转变涂料就是把特定熔点(例如25度),比热容高的材料固定在墙面的涂膜中,起到隔热保温的效果。固定的方法可以先把这种材料以小药丸的形式包裹住,然后分散在涂料中。

  这种涂料的隔热保温效果取决于这种材料的比热容、熔化热的大小和单位面积的使用量。比热容、熔化热越高,单位面积的使用量越大则保温隔热效果越好。

  比热容的定义为:单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。

  熔化热的定义为:单位质量的晶体物质在熔点时变成同温度的液态物质所需吸收的热量。也等于单位质量的同种物质,在相同压强下的熔点时由液态变成固态所放出的热量。

  提倡发展节能涂料

  由于经济的发展和能源有着极为密切的关系,因此能源问题是现实社会中一个具有战略意义的重要问题。社会各行业都要提倡发展节能产品,涂料行业作为高能耗产业之一,有责任也有能力为降低建筑能耗、节约资源、促进社会经济可持续发展作出更大的贡献。