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新型薄層隔熱節(jié)能涂料的探索論文
能源形勢(shì)和發(fā)展節(jié)能涂料的意義
隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗量與日俱增，然而，我國(guó)人均能源儲(chǔ)備遠(yuǎn)低于世界平均水平，能源緊缺的問題將越來(lái)越嚴(yán)峻。因此，近年來(lái)國(guó)家積極推動(dòng)各行業(yè)大力發(fā)展節(jié)能產(chǎn)品，以減緩能源消耗速度，來(lái)維持中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速可持續(xù)發(fā)展。
由于建筑物能量損耗而消耗的能源數(shù)量巨大，近年來(lái)，建筑節(jié)能越來(lái)越受到人們重視。建筑涂料作為一種重要的建筑材料，推行節(jié)能功能涂料對(duì)節(jié)約資源、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有重要意義。
節(jié)能功能涂料的現(xiàn)狀
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種節(jié)能材料的出現(xiàn)，促進(jìn)了節(jié)能功能涂料的發(fā)展。其中，隔熱保溫涂料作為節(jié)能功能涂料的典型，受到業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注并取得明顯的發(fā)展。隔熱保溫涂料的主要作用是阻止自身熱量的散失和阻止外界太陽(yáng)能量的侵入。由于中國(guó)的地域?qū)拸V，對(duì)隔熱保溫涂料的需求有所不同，北方寒冷地區(qū)要求保溫效果明顯的材料，減少室內(nèi)自身熱量的散失，因此外墻保溫材料在北方地區(qū)有作用明顯。南方地區(qū)光照強(qiáng)、氣溫高，因此需要隔熱效果好的涂料，以阻止外界太陽(yáng)能量的侵入。
目前市場(chǎng)上的保溫隔熱涂料主要分兩大類，一類以厚質(zhì)的外保溫系統(tǒng)為代表，利用降低熱傳遞的阻隔原理，效果明顯，另外還有傳統(tǒng)的硅酸鹽類復(fù)合涂料也是利用這一原理；另一類是薄層涂料，利用減少太陽(yáng)光吸收的原理減少外界太陽(yáng)能量的侵入。外保溫系統(tǒng)使用厚質(zhì)材料發(fā)展比薄層隔熱涂料早些，目前已有一些成功的生產(chǎn)企業(yè)和工程案例，薄層隔熱涂料起步相對(duì)較晚，市場(chǎng)上同類產(chǎn)品效果參差不齊，但南方市場(chǎng)發(fā)展應(yīng)用前景廣闊。
由于厚質(zhì)保溫材料發(fā)展已比較成熟，薄質(zhì)與厚質(zhì)保溫體系相比有施工簡(jiǎn)單，開裂風(fēng)險(xiǎn)小，安全性高等優(yōu)點(diǎn)，以下著重分析薄層隔熱節(jié)能涂料技術(shù)。
薄層隔熱節(jié)能涂料技術(shù)
1.反射隔熱涂料
由太陽(yáng)光譜能量分布曲線可知，太陽(yáng)能量絕大部分處于400—1750nm范圍內(nèi)的可見光和紅外光區(qū)。在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)，涂膜的反射率越高隔熱效果就越好。因此通過選擇在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)反射率高的原料，可制得高反射率的涂膜，反射可見及紅外光，以達(dá)到隔熱的目的。
早期的反射隔熱涂料，通過選擇高反射率的金屬或金屬氧化物顏填料，制得高反射率的涂層，反射太陽(yáng)熱以達(dá)到隔熱的目的。由于金屬薄片在溶劑型涂料中能夠較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在，而在水性體系中則不能，因此大多數(shù)反射隔熱涂料為溶劑體系。但水性化是涂料的發(fā)展趨勢(shì)和必然歸宿。目前，利用“空心微珠”等組合形成高太陽(yáng)熱反射漆膜，具有很好的降溫隔熱作用�？招奈⒅樘盍蠈�(duì)近紅外光的反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通填料。主要使用玻璃微珠和陶瓷微珠，玻璃微珠與陶瓷微珠的反射比相近，但陶瓷微珠的貯存穩(wěn)定性差，空心玻璃微珠保溫涂料較穩(wěn)定。
2.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(zhǎng)發(fā)射到空氣中，從而達(dá)到良好隔熱降溫效果的涂料。其中的關(guān)鍵技術(shù)是制備具有高熱發(fā)射率的涂料組分。研究表明，多種金屬氧化物，如Fe2O3、Mn02、C0203、CuO等具有反型尖晶石結(jié)構(gòu)的摻雜型物質(zhì)具有熱發(fā)射率高的特點(diǎn)，因而廣泛用作隔熱節(jié)能涂料的填料。
輻射隔熱涂料不同于玻璃棉、泡沫塑料等多孔性低阻隔性隔熱材料，阻隔性隔熱材料只能減慢但不能阻擋熱能的傳遞。白天太陽(yáng)能經(jīng)過屋頂和墻壁不斷傳人室內(nèi)空間及結(jié)構(gòu)，一旦熱能傳人，就算室外溫度減退，熱能還是困陷其中。而輻射隔熱涂料卻能夠以熱發(fā)射的形式將吸收的熱量輻射掉，從而促使室內(nèi)與室外以同樣的速率降溫。
3.真空隔熱涂料
熱傳遞有三種方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。真空狀態(tài)能使分子振動(dòng)熱傳導(dǎo)和對(duì)流傳導(dǎo)兩種方式完全消失，因此可采用真空狀填料制備性能優(yōu)良的保溫涂料。
美國(guó)豪斯實(shí)驗(yàn)室對(duì)民用建筑使用真空陶瓷微珠效果的測(cè)試結(jié)果表明，上百萬(wàn)真空陶瓷微珠在波長(zhǎng)500-2500nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)陽(yáng)光的反射率平均達(dá)到86％，夏天空調(diào)能耗至少節(jié)省64％。這種涂料過去僅限于在航天產(chǎn)品上使用。近年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家先后將其應(yīng)用到了民用建筑和工業(yè)設(shè)施。
4.透明隔熱涂料
透明隔熱涂料是一種在可見光區(qū)具有透明性的隔熱涂料。主要是利用納米氧化錫銻系列（氧化錫銻、氧化銦錫、氧化鋁鋅等）半導(dǎo)體粉體對(duì)可見光良好的透過率及對(duì)紅外光區(qū)極高的反射率來(lái)達(dá)到透明隔熱的目的。
對(duì)于建筑物的大面積窗口及透明頂棚、汽車窗口等場(chǎng)合，太陽(yáng)光的熱輻射會(huì)增加空調(diào)的使用率，浪費(fèi)能源，傳統(tǒng)的解決方案是使用金屬鍍膜熱反射玻璃和各種熱反射貼膜等產(chǎn)品達(dá)到隔熱降溫的目的。但是這些產(chǎn)品也存在一些問題，其在可見光的不透明性和高反射率限制了它的使用范圍，例如高反射率會(huì)出現(xiàn)光污染問題。納米材料的出現(xiàn)為透明隔熱問題的解決提供了新的途徑。
5.相轉(zhuǎn)變隔熱涂料
眾所周知，0度的冰轉(zhuǎn)化為0度的水需要吸收能量，0度的水轉(zhuǎn)化為0度的冰需要釋放能量。在這個(gè)相轉(zhuǎn)變的過程中，雖然發(fā)生了能量的傳遞但溫度保持不變。相轉(zhuǎn)變涂料就是把特定熔點(diǎn)（例如25度），比熱容高的材料固定在墻面的涂膜中，起到隔熱保溫的效果。固定的方法可以先把這種材料以小藥丸的形式包裹住，然后分散在涂料中。
這種涂料的隔熱保溫效果取決于這種材料的比熱容、熔化熱的大小和單位面積的使用量。比熱容、熔化熱越高，單位面積的使用量越大則保溫隔熱效果越好。
比熱容的定義為：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物體改變單位溫度時(shí)的吸收或釋放的內(nèi)能。
熔化熱的定義為：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的晶體物質(zhì)在熔點(diǎn)時(shí)變成同溫度的液態(tài)物質(zhì)所需吸收的熱量。也等于單位質(zhì)量的同種物質(zhì)，在相同壓強(qiáng)下的熔點(diǎn)時(shí)由液態(tài)變成固態(tài)所放出的熱量。
提倡發(fā)展節(jié)能涂料
由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和能源有著極為密切的關(guān)系，因此能源問題是現(xiàn)實(shí)社會(huì)中一個(gè)具有戰(zhàn)略意義的重要問題。社會(huì)各行業(yè)都要提倡發(fā)展節(jié)能產(chǎn)品，涂料行業(yè)作為高能耗產(chǎn)業(yè)之一，有責(zé)任也有能力為降低建筑能耗、節(jié)約資源、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。
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