太陽熱反射隔熱涂料

1、反射隔熱涂料研究進展及應用學院名稱：京江學院專業(yè)班級：J高分子1001學生姓名：習偉文學號：4121126036指導教師：莫小娟2011年12月反射隔熱涂料研究進展及應用摘要：綜述了國內外反射隔熱涂料的最新研究進展。闡述了其隔熱保溫的作用機理，并分析了影響其隔熱保溫效果的相關因素。介紹了其工程應用情況和發(fā)展前景。關鍵詞：反射隔熱涂料；隔熱性能影響因素；研究進展引言:可以說，地球上絕大部分能量都來自于太陽，煤炭，石油，風能，水的運動能等都是太陽能的一種形式?，F(xiàn)在太陽仍以大約1.77X1017J/s的速度將能量輻射到地球表面，給地球生命提供了生存條件，但強烈的熱輻射也給人類生活帶來諸多不便。據(jù)分析

2、，噴淋裝置、空調、冷氣機和電風扇等降溫制冷設備每年所消耗的能量占全年總能耗的20%以上故對新型節(jié)能材料的需求日益增加。反射隔熱涂料是近年來發(fā)展起來的一種新型節(jié)能材料，通過有效地反射，阻隔、輻射太陽光的能量，能明顯降低建筑物外墻、屋頂和室內溫度，降低空調等制冷設備在高溫條件下的能耗，既改善了工作環(huán)境又節(jié)約了大量的能源1反射隔熱涂料的作用機理太陽光熱輻射按波長不同可劃分為3個部分：各部分在總能量中所占的比例是不同的，見表1表1不同波段所占太陽總能量的比例光區(qū)披長/nm占總能量的比例紫外光200-4005可見光400-72045近紅外光720-250050太陽光熱能主要集中在波長為400-2500n

3、m的太陽光熱能主要集中在波長為500nm時太陽光熱輻射最強，從表1可以看出，可見光和近紅外光輻射占太陽光總能量的95%,所以隔絕了可見光和近紅外光就可以使太陽照射下的物體變得涼爽，降低空調制冷的費用。但在設計時由于受外觀的限制，不可能使整個可見光反射光譜曲線的反射比同時達到最大，所以通過使可見光的反射比最大化來降低太陽輻照下物體的溫度不是行之有效的途徑。但是在不影響外觀的情況下，通過使近紅外反射比最大化可明顯地降低太陽輻照下物體的溫度.近紅外熱輻射占太陽總輻射的50%所以抑制了近紅外熱輻射，就可以隔絕大部分熱輻射的能量太陽熱反射隔熱涂層是一種對近紅外輻射具有顯著反射作用的功能型涂層，這種涂層一

4、般是將對近紅外輻射具有反射功能作用的粒子，通過輥涂、刷涂、噴涂或刮涂的方法涂覆到基質上，它不需要消耗能源就能將輻射到物體表面的近紅外熱輻射、反射或散射到外部空間，從而降低熱輻射下被覆空間或物體的表面及內部環(huán)境溫度。太陽熱反射隔熱涂層作用示意見圖12影響隔熱性能的主要因素對于硬質基（如金屬、墻體等），一般是直接將太陽熱反射隔熱涂料涂覆在基材表面上而起隔熱作用的，較少考慮基材對隔熱性能的影響，因此影響這類涂層隔熱性能的主要因素有樹脂和功能填料的種類、粒徑分布、用量及涂層厚度。對于軟質基（如織物等），一般是將太陽熱反射隔熱涂料涂覆在織物上，然后再用這種涂層織物制成各種篷布或篷蓋覆蓋在物體表面上起隔熱

5、作用，所以影響其隔熱性能的主要因素除包含以上幾種外，基布的影響也是必須考慮的。2.1樹脂反射隔熱涂料處于強太陽光的直接照射下，樹脂必須能耐紫外線照射，因此，環(huán)氧樹脂、芳香族聚氨酯樹脂等不宜用作基料樹脂，而大部分樹脂，如醇酸樹脂、丙烯酸樹脂、氨基樹脂、聚酯樹脂、有機硅改性醇酸樹脂、有機硅改性聚酯樹脂、有機硅改性丙烯酸樹脂、有機硅樹脂、含氟樹脂等都可以用作太陽熱反射隔熱涂料的基料樹脂。要求樹脂的透明度高，透光率在80%以上（以利于顏填料反射），對輻射能吸收率低（樹脂分子中盡量少含C-O-C、C=0、-0H等吸能基團）。隨著環(huán)保要求的不斷提高，采用高固體分、無溶劑和水性樹脂已成為涂料工業(yè)的發(fā)展趨勢，

6、因此，耐候性好、符合環(huán)保要求的無溶劑聚氨酯、硅丙乳液、水性聚氨酯、水性氟樹脂等成為反射隔熱涂料的首選樹脂。2.2顏填料的影響涂層的熱輻射率取決于顏填料折光指數(shù)（n1與樹脂折光指數(shù)（n2）的比值（n1/n2）、涂層厚度、顏填料粒徑d、顏填料純度以及顏料體積濃度（PVC）等。2.3顏填料光學性質的影響當顏填料的折光指數(shù)與基料的折光指數(shù)相等時，涂料是透明的；當顏填料的折光指數(shù)大于基料的折光指數(shù)時，涂料就有了遮蓋力。涂料的遮蓋力F取決于顏填料和基料折光指數(shù)之差，見如下公式（1）計算。卜二公式1物體對光的反射包括全反射和散射，涂層中顏填料對光的反射主要以散射為主。顏填料折光指數(shù)與樹脂折光指數(shù)的比值（n1

7、/n2）為顏填料對太陽光的散射能力m。m值越大，散射能力越強。顏填料遮蓋力越強，散射能力越強。2.3顏填料粒徑的影響顏填料粒徑與反射入射光的波長有關，對應于最大反射的顏填料粒徑可用式（2）計算0.9；（m2）UH7T（m-1）公式2式中：d顏填料粒徑；nl基料樹脂的折光指數(shù)；m顏填料散射能力;九一入射光波長。當顏填料粒徑與入射光波長比（d/九）為0.110時，表現(xiàn)為菲涅耳型反射,對溫控有利；當d/九0.1時，表現(xiàn)為瑞利散射，對溫控無效。根據(jù)上述分析，顏填料粒徑大，對反射太陽熱輻射有利，最小粒徑不應小于0.02pm。但是顏填料粒徑過大，涂膜表面粗糙，孔隙多，易沾污，會導致表面反射能力下降，因此，

8、應有一個合適的粒徑搭配，使涂膜既有良好的反射能力，又有良好的耐沾污性，使涂膜表面保持平整光滑。2.4顏填料輻射性能的影響通過選擇合適的樹脂、顏填料及設計合理的配方，可以將大部分（85%以上）太陽輻射能反射出去，但仍有一部分會被涂層吸收，被吸收的這部分熱量可以通過傳導向內傳遞。這部分熱量會不斷積累，若不通過其他方式排除掉，也會引起涂層及涂層下物體溫度不斷上升。傳導是通過分子振動傳遞熱量的方式,分子振動產(chǎn)生電磁波，因此，涂層所吸收的熱量一部分會以電磁波一一紅外光的等摻雜形成的具有反尖方式輻射出去。金屬氧化物，如Fe2O3、MnO2、Co3O2晶石結構的物質有高紅外光發(fā)射率，可作為隔熱節(jié)能涂料的填料

9、。3反射隔熱涂料的研究進展3.1國外研究進展國外反射隔熱涂料的起步較早，研究也較為深入，取得了很大的進展。20世紀40年代，美國AlexanderSchwartz等人在多層鋁膜之間引入導熱系數(shù)低的空氣，制成復合材料，開發(fā)出了新型的反射隔熱組合系統(tǒng)，揭開了反射隔熱涂料的新紀元。70年代末期，隨著科學技術的快速發(fā)展，輻射隔熱和反射隔熱技術取得了巨大的進步N.M.Nahar等人干旱地區(qū)太陽光的冷卻技術進行研究后發(fā)現(xiàn),涂有反射涂層的測試室內的溫度比未涂反射層的測試室內的溫度低得多。采用馬來酸二丁酯-乙酸乙烯共聚物為成膜物，通過加入一種CeramicSil32珠光隔熱劑，制得了隔熱性能優(yōu)良的水性隔熱涂料

10、，具有高效的節(jié)能性能和環(huán)保性能。近20余年來，使被涂物在太陽光輻照下溫度降低的各類涂料研究十分活躍。有代表性的如美國盾牌（Thermo-shield）節(jié)能涂料，用于航天飛機的隔熱保溫。該涂料中含有極細的陶瓷泡，對太陽光有較高的反射率，且成膜后陶瓷泡緊密排列形成完整的隔熱層。這類涂料可使被涂物（如房屋）內部溫度大大降低，明顯減少空調費（節(jié)能約40%）,同時兼有較好的防蝕、阻燃、防水功能，安全無毒,已廣泛用于美國、日本、馬來西亞和新加坡等國的油氣儲罐、房屋建筑領域，取得了較好效果。3.2國內研究進展我國從1992年開始，使被涂物降溫的各類涂料層出不窮，至今約有50余家研究及生產(chǎn)單位從事相關研發(fā)。我

11、國反射隔熱涂料的研究雖起步較晚，但由于不少高等學校及研究單位介入這一領域，研發(fā)工作不再單純是企業(yè)行為。以改性丙烯酸醇酸樹脂為主要成膜物質，并與顏料、溶劑及助劑配用，制得表面隔熱涂料。這種涂料具有優(yōu)異的物理化學性能及極強的亮度，對太陽熱的反射率高，可明顯降低房屋表面的溫度。由于金屬薄片在溶劑型涂料中能夠較長時間穩(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型體系，然而水性涂料是建筑涂料的發(fā)展趨勢。張敏采用鱗片狀鋁粉為顏料制得了一種綜合性能優(yōu)良的水性反光隔熱罩面涂料。經(jīng)實體測定，當氣溫高達3537C時，采用該涂料可使房屋內部降溫1113C。但總的說來，我國目前高性能的水性反射隔熱涂料

12、尚處于研究開發(fā)階段。總之，反射隔熱涂料自國外20世紀40年代研制成功并投產(chǎn)，7080年代其理論表述已經(jīng)形成。如今，隨著技術的發(fā)展，高性能樹脂的合成、高反射率顏填料的出現(xiàn)，以及更精確、更快捷檢測儀器的研制成功，將使隔熱反射涂料技術更加完善。4發(fā)展趨勢隨著科技的發(fā)展，反射隔熱涂料呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢：太陽熱反射隔熱涂層在國內仍處在研究階段，盡管在航天、運輸?shù)阮I域已經(jīng)有所應用，但仍然沒有得到大范圍的推廣使用。目前研究的工作主要集中在成膜物質選擇及改性、功能填料及其粒徑的選擇、涂料配方的調整、涂層厚度的選擇等方面（1）高耐候性、長效性。改性丙烯酸樹脂、聚硅氧烷樹脂、含氟樹脂等耐紫外線性能優(yōu)異的樹脂的不斷

13、開發(fā)，配以高光學性能的顏填料，使得高耐候性、長效性的反射隔熱涂料的開發(fā)成為可能。（2）高隔熱性、保護和裝飾性?，F(xiàn)在，幾乎所有的反射隔熱涂料都是根據(jù)材料的導熱系數(shù)或根據(jù)各種物質對光、熱的反射、吸收、輻射來選用合適的原材料，配制隔熱涂料，實現(xiàn)對建筑物的隔熱保溫目的。因此通過開展對光、熱的反射、吸收及輻射等基本理論的研究，充分發(fā)揮阻隔、反射和輻射之間的協(xié)同效應，研制出高隔熱性、可薄層涂裝、具有優(yōu)良保護和裝飾性能的反射隔熱涂料。(3)環(huán)境友好性。社會發(fā)展要求人類活動對環(huán)境的負面影響越小越好，因此，水性、高固體分、無溶劑型反射隔熱涂料成為發(fā)展趨勢。5結語隨著資源的日益緊缺，節(jié)能減排已經(jīng)成為當今各國普遍面

14、臨的問題。相關數(shù)據(jù)顯示，建筑能耗在人類能源總消耗中所占比例達到30%40%，建筑反射隔熱涂料作為一種節(jié)能涂料具有廣闊的前景。國外反射隔熱涂料研究起步較早，研究成果令人矚目。我國研究起步較晚，但是發(fā)展十分迅速，已經(jīng)在建筑、石油化工、艦船和航空航天等諸多領域得到推廣應用。反射隔熱涂料的反射隔熱性能主要取決于選用的基料樹脂和顏填料，另外金屬表面用的反射隔熱涂料還要求具有一定的防腐蝕性。參考文獻1陳國棟，涂偉萍，程江.太陽熱反射涂料的研究J.涂料工業(yè).2002,32(1):3-5.趙金榜.國內外水性反射型隔熱涂料發(fā)展及其應用J.現(xiàn)代涂料與涂裝.200&11(10):30-34戰(zhàn)為民鄧永青李少春日光熱反射涂料的研究J現(xiàn)代涂料與涂裝.2001(2)12:14王金臺，路國忠太陽熱反射隔熱涂料J涂料工業(yè).2004(8)1:085NaharNM，SharmaP，PurohitMM.Studi