建筑节能涂料用颜填料的技术应用与发展

     【全球涂料网资讯中心】随着人们生活水平的提高，节能降耗、环保等观念日
益体现在国民经济的各个方面。 石油工业、运输业、兵器工业等的迅速发展，也要求使用反射绝热的新型涂料，以降低暴露在阳光辐射下设备的表面温度，阻止热传导，改善工作环境，提高安全性。

    例如：石化行业中的油气储罐在夏日阳光曝晒下会持续积聚能量，使其表面和内部快速升温，可能导致内压过大引起爆炸，为了降低内压，需要频繁开启放气阀或用冷水喷淋，这会加剧产品的损耗和大气污染，而且传统的水喷淋方法还会造成水、电资源的巨大浪费，不符合节能环保要求。为此而研发的高效降温节能涂料，通过使用节能环保功能性颜填料，选择合适粒径的空心玻璃微珠，得到具有很低导热系数的涂层，再结合其他措施，最终可使油气储罐在夏季高温条件下，内部温度降低 8～10 ℃，外部表面温度降低 12～20 ℃，实现了节能环保涂料的研发目标。
 

    建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例一般在30%～40%，且绝大多数是采暖和空调的能耗，因而建筑节能意义重大。本文就建筑隔热保温节能涂料中起关键作用的功能性颜填料进行分析。

    颜填料对光的吸收、散射主要取决于物质自身的组成、结构。

1,颜填料在建筑节能方面材料的选择

    根据建筑隔热涂料隔热机理和隔热方式的不同，可将其分为阻隔型隔热保温涂料、反射型隔热保温涂料、辐射型隔热保温涂料三类。 

 
    节能颜填料在阻隔型隔热保温涂料中材料的选择

    阻隔性隔热保温涂料从传热机理上看，实质是起到绝缘体的作用，让外界的热量传递不到被保温物内部，起到冬暖夏凉的保温效应。在原理上，就是要想办法降低基体表面涂料层的热传导系数。导热系数是由各种物质的物性所决定的，金属的导热系数最大，非金属固体的导热系数次之，气体的导热系数最小，常温下静止空气的热导率为 0.023 W/(m·K)，因此要求涂料层的干密度要低，所选用的填料的密度一定要低，使导热系数小的气体能尽可能地填充其中。一般而言，密度低的涂层填料是由微细纤维、轻质粉和颗粒组成，颗粒材料的内部是微小的封闭孔隙、颗粒之间被松懈的纤维和轻质粉所填充。

    空心玻璃微珠做颜料。

    在建筑涂料中加入一定量的空心玻璃微珠，可以大大提高涂层的孔隙率，起到隔热作用。同时在微珠制备中混入的金属粒子沉积在空心球内表面，也极大提高了对光的反射作用。微珠粒径越大，平衡温度越低。这是因为玻璃微珠的空心结构起主要的隔热反射作用，在相同质量分数下，粒径大的玻璃微珠空心体积大，隔热反射效果更佳。但粒径大的玻璃微珠制得的样板表面较为粗糙，可作隔热中间涂层。

    反射型隔热保温涂料中节能颜填料材料的选择

    热反射涂料的隔热原理是通过涂料中的颜填料粒子将太阳热辐射反射或将吸收的热能辐射到外部空间，从而降低被覆物的表面乃至内部温度，节约大量空调费用；同时可降低涂膜的光热老化作用，延长其使用寿命。

    氧化铁系颜料具有较好的耐候性、色谱较齐全、价格低廉。铁红能吸收阳光中的紫外光谱且折光指数较高，对涂层有反射隔热作用。

    采用纳米材料制得具有纳米微孔结构的涂膜将是下一阶段隔热涂料发展的热点之一。如国外开发的一种节能环保涂料是利用纳米技术使多种无机原料形成紧密的玻璃泡型微粒，这层空心隔热层的红外线反射率达到 80%，紫外线反射率达 90%以上。在屋顶上涂上这层涂料，户外温度高达 36 ℃，室内温度却可降低到 28 ℃，能节约空调能耗 40%以上

 
2,影响建筑颜填料节能效应的性能参数

    折光指数(或遮盖力)
 
    反射太阳光面漆颜料的选择：热反射涂层的主要指标——热反射率，取决于涂料中颜填料的光学属性，涂料中的颜填料所起的作用主要以散射为主。散射率定义为颜料与树脂折光指数的比值：即 Np/Nr。式中 Np为颜料的折光指数，Nr为树脂的折光指数。颜填料的折光指数与树脂的折光指数相差越大，对太阳光的反射能力越强。当树脂的折光指数以及涂层厚度一定的条件下，反射率取决于颜料的折光指数和纯度。颜填料与树脂的这种折光指数的关系，与颜填料的遮盖力有一定的关联。显然，颜填料的遮盖力越强，散射热的能力越强。

 
    粒径

    太阳光放射能量中紫外线放射能量占 2.5%，可见光占44.3%，近红外线占 53%。包含紫外线、可见光、近红外线的太阳能量波长区域是 0.2～2.5 μm，所以选择可反射波长在 0.2～2.5 μm 的太阳热的陶瓷材料作填料效果最好。 陶瓷材料是由多原子组成的多配位分子结构物质，多原子在振动过程中易改变分子的对称性而使偶极矩发生变化。故而许多陶瓷材料都具有较高的发射率。 为了提高热反射效率，国外研制出了一种粒径在 1 μm以下的陶瓷填料(由二氧化钛、氧化锌、氧化镁、二氧化硅、氧化铝组成)，这种填料具有导热系数和比热小的特点，相应的涂料可保持涂膜表面温度与室外温度大体接近的温度，将这种遮光隔热涂料涂刷在建筑物的屋顶上、外墙表面，可防止内部温度上升，降低了空调消耗费用。

3,建筑节能涂料用颜填料的研发关键

    美国 Lawrence Berkeley National Laboratory(LBNL)对近百种颜填料的光学属性进行了系统的分析，并按照色系分类建立了完善的数据库，并根据数据库资料分析了数据库中高反射颜填料的属性和成分，能直观判断哪些颜填料在近红外区具有高反射性能。这给研发高反射颜填料提供了依据。

    参考 LBNL 颜填料数据库，分析其中近红外(NIR)高反射颜填料的光学属性和成分，结合配色原理，可大大缩短多色系高反射颜填料的研发时间，并可以有目的地设计研发所需的颜填料。

    复合结构比空心玻璃微珠的红外光反射率有显著提高，复合粉体对可见光和近红外波段的太阳光辐射有很高的反射率(>95%)。 纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术，为建筑节能隔热涂料及其所使用的功能性颜填料的研究提供了前所未有的机遇和可能性。 (来源：全球涂料网 / 本文作者：曹晓瑶 )

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