性能優良的隔熱涂料一般兼具反射、輻射和低熱導系數其中兩種或三種機理特性。因此,隔熱涂料的發展方向主要為:
積極開發新型建筑反射隔熱涂料及相關技術。如低輻射反射隔熱涂料,高效薄層反射隔熱防腐一體化涂料等。含納米或亞納米微孔結構的涂膜及采用納米材料制得的涂膜將是下一階段反射隔熱涂料發展的熱點之一。
注重環保,利用“三廢”開發反射隔熱涂料。環保越來越引起世界各國的重視,反射隔熱涂料的研制應遵循涂料發展的潮流,向水性、環保的方向發展,避免使用環保法規中禁用的有害物質。
關于隔熱效果的概念
某種涂料的隔熱效果一般是指:同一天氣氣溫的情況下,涂覆該種涂料與涂覆普通非隔熱涂料,隔熱目標物和隔熱目標空間的溫度差值。
只有在相同的天氣溫度、隔熱目標物,以及同等目標空間的情況下,才能準確比較兩種隔熱涂料的隔熱效果。
在炎熱的夏季,即使使用同一種隔熱涂料,如隔熱目標空間相差很大,則室內降溫效應相差也很大。空間越小,不使用隔熱涂料時升溫越明顯,故此時使用隔熱涂料降溫效應越明顯。
一、按隔熱的機理來分
1. 阻隔性隔熱涂料
阻隔性隔熱涂料屬無機涂料,通過對熱傳遞的顯著阻抗性來實現隔熱的涂料。熱傳遞是通過對流、輻射及分子振動熱傳導三種途徑來實現的。目前主要用作工業隔熱涂料,由于存在自身材料結構帶來的缺陷,如干燥周期長,施工受季節和氣候影響大,抗沖擊能力弱,干燥收縮大,吸濕率大,對墻體的粘結強度偏低以及裝飾性有待進一步改善等,故這類隔熱涂料較少用于外墻涂裝。
2. 建筑反射隔熱涂料
反射隔熱涂料是在鋁基反光隔熱涂料的基礎上發展而來,通過選擇的樹脂(一般進口固體丙烯酸樹脂)和金屬或金屬氧化物填料,利用特種材料,如“空心微珠”等,制得高反射率涂層來達到隔熱目的。
現已用于建筑業的鋼結構屋頂和玻璃幕墻;石油工業的海上鉆井平臺、抽罐、石油管道;運輸業的汽車、火車、飛機表面;造船工業的船殼、甲板;以及坦克、軍艦、火箭、宇宙飛船等,起到阻止熱傳導、降低暴露在太陽熱輻射下裝備的表面溫度和內部環境溫度、改善工作環境以及提高建筑安全性等作用。
3. 輻射隔熱涂料
輻射隔熱涂料是通過輻射的形式把建筑物吸收的日照光線和熱量以一定的波長發射到空氣中,從而達到良好隔熱降溫效果的涂料。此類涂料的關鍵技術是制備具有高熱發射率的涂料組分。
4. 薄層隔熱反射涂料
選擇耐候性好、韌性好、耐溫較高、成膜性好的基料,加入輕質、孔隙率高、熱絕緣系數大的絕緣填料及反射率高、表面光潔的反射填料,并輔以合適的分散劑、阻燃劑、成膜助劑等,研制成的薄層隔熱反射涂料的熱反射率可達 85 %以上,可用于成品油罐及低溫容器的隔熱保溫。
5. 真空絕熱保溫涂料
真空狀態能使分子振動熱傳導和對流傳導兩種方式完全消失,為此采用真空的填料以制備性能優良的保溫涂料成為當前研究的熱點之一。美國推出利用太空科技的 ASTEC 陶瓷絕熱涂料在建筑物內使用,施以薄層即可有效地增強隔熱保溫效果,秋天可使室溫提高2.8-4.4 ℃ ,夏天可使室內降低同樣的溫度,該涂料也具有較長的使用壽命。
6. 納米孔超級絕熱保溫涂料
納米孔超級絕熱材料是建立在低密度和超級細孔(小于 50nm)結構基礎上,從理論上其導熱系數可趨近于零。采用納米孔原料獲得比靜止空氣導熱系數 (0.023W/m.K) 更小的涂膜是完全可能的。降低生產成本,開發使用溫度高于1050℃ 的納米孔絕熱材料在中科院地球化學研究已成為現實。作為最具市場應用潛力的新興納米科學技術,其發展為隔熱涂料的研究提供了前所未有的機遇和可能性。
二、按是否為水性體系分類
隔熱涂料也可按體系分為溶劑型和水性兩大類涂料。水性化是涂料的發展趨勢和環保要求的必然歸宿,超長壽命(10年以上)的水性反射隔熱涂料已成為國內外隔熱涂料研究的熱點之一。
1.溶劑型反射隔熱涂料
反射隔熱涂料是在鋁基反光隔熱涂料的基礎上發展而來的,通過選擇合適的樹脂、金屬或金屬氧化物填料及生產工藝,制得高反射率的涂層,反射太陽熱以達到隔熱的目的。
該類涂料的優點在于:工藝成熟,產品穩定性高,壽命長達8年以上。
此種涂料的缺點在于:導熱系數高,自身輻射降溫能力弱,無環保特性。
2.水性反射隔熱涂料
目前的水性隔熱涂料主要分為金屬填料反射隔熱涂料和特殊微珠反射隔熱涂料兩種,其隔熱效果要優于純輻射類水性隔熱涂料。
金屬填料反射隔熱涂料
根據溶劑型反射隔熱涂料機理而研發出來的一種新型水性反射隔熱涂料。和溶劑型發射隔熱涂料相比,該涂料的主要優點在于環保。目前該類產品性能穩定性方面不如溶劑型反射隔熱涂料,涂料壽命尚待提高,且導熱系數高,自身輻射降溫能力弱。
特殊微珠反射隔熱涂料
由極微小的特殊真空微珠和與其相適應的環保乳液組成的水性涂料。它與墻體、金屬、木質品等基體有著較強的附著力,直接在基體表面涂抹兩遍至0.4-0.5mm左右,即可達到長久隔熱保溫的目的。美國豪斯實驗室對民用建筑使用效果的測試結果表明,夏天空調能耗至少節省64%。其核心技術是真空陶瓷微珠(或陶瓷微珠與玻璃微珠的組合微珠,微珠的質量直接影響涂料的效果和壽命),由于它的特殊結構,因此具有很強的延展性,可有效避免因基體吸水后熱脹冷縮產生裂縫以及因強陽光照射引起基體內張力變化而產生裂縫。
經測試,該涂料在波長500-2500nm波長范圍內對陽光的反射率平均達到86%。可變化的透氣性也是這種新興涂料的重要特點。由于微珠陶瓷球體的間距隨空氣濕度加大而增加,整個體系的間距隨之增大,反之濕度小于50%時,它對水蒸氣則具有密封性。這種涂料過去僅限于在航天產品上使用。近年來,發達國家先后將其應用到了民用建筑和工業設施。其在化工行業的液體貯罐、罐車隔熱以及各種生產設備的表面防腐等方面具有市場潛力。
與上面的金屬填料反射隔熱涂料相比,其最大優點在于:導熱系數小,有輻射功能,冬夏都有效,壽命長。