2.1太阳热反射节能涂料的组成

太阳辐射能的波长覆盖面很广,到达地面空间的波长在303nm~2500nm之间。波长在300nm~400nm之间的高能紫外光只占能量的5%,其大部分被吸收,其主要损伤和降解有机材料,如涂料中的聚合物;大约45%的太阳辐射能在波长为400nm~700nm之间的可见光,不同的颜色反射不同波段不同程度的光;波长在700~2500nm之间的太阳波谱属红外区域,占太阳辐射能的50%。红外辐射既可被吸收,又可被反射,吸收可致涂料升温,并通过远红外区将能量散发出去。

2.1.1颜料

1)反射型IR颜料的选择:

研究发现,一种颜料可以反射可见光区的光,吸收紫外区的光,透射红外区的光,或是任何其中3种情况的组合。这样其既有一定的色彩,甚至是较深的颜色,又能反射一部分红外光,减少热量的集结,起到降温作用。把在可见光区呈现一定的色彩,在红外区具有反射红外光性能的颜料称为红外反射颜料,简称IR颜料(Infrared Reflective Pigment)。具有这种特性的红外反射无机颜料由金属氧化物,硝酸盐,醋酸盐,或氧化物混合后经1000C以上高温煅烧、反应,原料中的金属离子和氧离子重新排列,形成更稳定的类似于尖晶石(spine1)结构或金红石型(rutile)结构。这些颜料里通常含有镍、锰、铬、钛、铁、钴等金属离子。

据研究,添加不同浓度的铁红、铁黄、酞青蓝和酞青绿,分别配制成深浅2种色调的涂料,共8种。结果表明,随添加色浆浓度的加深,对反射型建筑保温隔热涂料280~780 nm可见光范围的反射率影响最大,在780~900 nm近红外范围内,色浆浓度对反射率影响也很大,在900~1200nm近红外范围内,色浆浓度对反射率影响开始减小,而1200~2500nm范围内,色浆浓度对反射率影响较小。在试验的4种色浆中,铁黄添加到隔热涂料中对反射比的影响最小。

反射型功能颜填料对可见光和红外光的反射较高,以往的研究主要集中以白色或浅色为主。首选为金红石型钛白粉反射系数≥80%,折光指数2.8,能够起到光热反射作用,并且它具有良好的遮盖率和着色力,在大气中较为稳定,因此颜料首选金红石型钛白粉。

近年来,对近红外区反射率高的深色CICP颜填料的开发渐成热点。常用的深色颜料有:P Black 30,P Green 17,P Green 26,P Green 50,P Brown 29,P Brown 24,PBrown 33,P Blue 36,P Blue 28,P Yellow 53,P BIack12,等。如Shepherd公司的Black 10C909,它在红外区有较大的反射,太阳光总反射率(TSR)达到25%,而普通黑色颜料的TSR只有5%左右,白颜料是升温最低的,TiO2可的TSR为70%。通常,IR颜料的TSR明显高于普通颜料。Synnefa用CICP制得10种不同颜色的节能涂料,与同色系的普通涂料作对比,在夏季环境下,反射率最大提高440%,温度最大降低了10.2℃。

新开发的复合无机颜料技术,具有高度耐候、耐热、耐化学品性,用在耐候涂料配方体系中,可维续30年而无明显降解,由其配制出的涂料因升温低,热降解也低。复合无机颜料化学技术的最新进展是已开发出新型红外反射黑颜料,早期研究的产品有3倍炭黑的反射率,而最新品的反射率已超出炭黑5倍,而且黑度不变,效果极其明显。

美国Oak Ridge(ORNL)和Lawrence Berkeley(LBNL)2个国家实验室联合众多建材、涂料、颜填料厂商,建立了近100种常见颜填料的具体属性的数据库,包括颜填料的名称、颜色、化学特性、力学性能、光谱属性利用数据库的信息,并建立了关于散射系数S和吸收系数K的模型。根据数据库,可以选用不同的颜料,混合制备出高反射率的制品。

2)影响IR颜料红外反射的因素

(1) 颜料的混合:任何IR颜料与白颜料混合后,其TSR都比单独的1R颜料要高。

(2) 颜料的分散:过度的研磨会破坏颜料的颗粒结构,使主色调变淡,TSR变小;

(3) 涂层的不透明性:IR无机颜料一般都有较好的可见光遮盖力。它对红外光有反(散)射和透射的作用。较薄的涂层不能完全反射红外光,因此需要更厚的涂层来保证对红外光的反射。

(4) 污染:IR颜料如果与红外吸收的颜料混合,其红外反射性能会急剧下降。因此在使用IR颜料的过程中要非常注意不能受到一些普通颜料,尤其是炭黑、铁黑等颜料的污染。研磨设备必须清洗干净,保证没有交叉污染。

2.1.2 基料

太阳热反射涂料主要用于户外,从环保角度考虑,基料最好是水性的,其本身不带吸热基团,并综合考虑耐水、耐沾污、耐候性等性能。反射太阳光能力的强弱主要用物质的折光指数来表征,折光指数越大,对人阳光的反射能力越强。环氧树脂的折光指数为1.45~1.50,其中常用的醇酸树脂为1.48与环氧树脂的折光指数接近;含氟聚合物具有相对较低的折光指数1.34~1.42。因此,选择不同的有机树脂,涂层的太阳热反射效果不会发生显著的改变。常用树脂如丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、醇酸树脂、有机硅改性醇酸树脂、含氟树脂、环氧树脂、氯化橡胶等,都可用作太阳热反射涂料的基料。

用于反射型建筑绝热涂料的树脂对可见光和近红外光的吸收越小越好,通常要求树脂的透明度高(透光率应在80%以上),对太阳热的吸收率低,且结构中尽量少含-C-O-C-、C=O和-OH等吸能基团。如聚吡咯掺杂的三元共聚物(丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯酸),另外还要掺杂微量的二氯化铁,就是一种很好的水性红外反射涂料的成膜物质。

2.1.3 功能性填料

功能性填料是影响涂膜保温隔热性的关键材料。要获得高反射率的涂膜,必须选用反射率高的填料。选用空心微珠作为隔热填料的主要作用有:(1)利用其特有的球型中空结构中的无数空腔形成隔热层来阻止热传导。(2)它具有一定的填充作用,能减少涂料中基料用量,降低涂料中VOC含量。(3)提高涂料的流平性,改善涂膜的硬度。(4)提高涂膜的耐沾污性和耐黄变性能。

1)微珠种类对涂料隔热性能的影响

在相同条件下,空心微珠对近红外光的反射率远远高于普通填料,玻璃微珠与陶瓷微珠的反射率相接近,陶瓷微珠略高于玻璃微珠。空心微珠也称涂料用多功能空心添加剂,其颗粒呈圆形或者近似圆形,表面为光滑坚硬、结构致密的玻璃体,对各种液体介质几乎不吸收,能够很好地反射光、热等入射波。这些性能,使之适合作为反射型隔热涂料的反射性填料。但是,玻璃玻璃空心微珠内部为空心,因而密度低、导热系数小、传热隔绝性能也很好。但是空心玻璃微珠(尤其是漂珠)比重小于l,球体为薄壁多孔结构,抗压强度低(一般为100~350kg/m),在高剪切作用下易破碎,降低隔热效果。采用陶瓷空心微珠,球体壁坚硬,抗压强度高(1 000~7 000 kg/m ),在高速分散、研磨过程中,球体完整无损,便于涂料的工业化生产。

2)微珠添加量对涂料隔热性能的影响

随着空心微珠添加量的增加,涂料的反射率也随着增加;但是,涂料的黏度也变化较大,黏度太高会影响涂料的施工性,故微珠的添加量在4.5%~6.0 wt%之间较为适宜。

3)微珠尺寸对涂料隔热性能的影响

微珠粒径的大小与其反射入射光的波长大小有关,当微珠的直径与入射光波长的比例为0.1~1.0,则颜料表现为菲涅耳型反射。这种反射对温控是有用的。若比值小于0.1,颜料表现为瑞利散射,这对于温控毫无用处。

费凡等发现;当空心微球粒子直径>200目,在涂料中的含量>20%时,对涂料的附着力、冲击强度等各项使用性能指标没有明显的影响,对涂料的反射率也基本没有影响。

4)微珠级配对涂料隔热性能的影响

微珠的级配对涂料体系的隔热效果及涂膜性能有一定的影响,微珠的粒径大对涂料的反光隔热效果好,但涂膜表面粗糙、空隙较多,涂料的耐沾污性差;微珠的粒径小涂膜表面光滑平整,涂料的耐沾污性好,但涂料的反光隔热效果不好。所以,应选择一合理的粒径搭配,即使涂料反射太阳热的隔热效果良好,又使涂膜表面光滑平整,涂料的耐沾污性好。经过试验确定:微珠的粒径分布为270~325目占20%,500~600目占60%,800~1250目占20%时,综合效果较好。

2.1.4 PVC值

在低P V C涂料中,颜料粒子分散在基料聚合物的连续相里,形成所谓"海-岛"结构。但随着颜料和填料的增加,PVC超过某一极限值时,基料聚合物就不能将颜料和填料粒子之间的空隙完全充满,这些未被填充的空隙就潜藏在涂膜中,因而涂膜的物理性能以该PVC的极限为界限,开始急剧下降,此时的PVC称为CPVC(1l~界颜料体积浓度)。所以高性能或外用涂料配方的PVC一般不应超过CPVC,否则涂膜许多物理性能将受到不利影响。另外,实验证明,当PVC值在40%~50%之问时,漆膜呈现菲涅耳反射,大大提高了涂膜对太阳光的反射比;若PVC值较高,反射则接近漫反射,不利于涂膜对太阳光的反射。

路国忠选用壁薄空心体积大的玻璃微珠和不透明聚合物为功能材料,通过合理级配,使涂料具有高的反射率。(2)通过添加适量的红外辐射填料,可大大提高了涂层的辐射率。采用有机硅改性丙烯酸为基料,确定合适的P V C值,使漆膜具有独特的硅氧结构和低的表面张力,使涂膜具有良好疏水透气性,保持墙面处于健康状态;选用超细氢氧化镁作为阻燃剂,即使涂料具有一定的阻燃性能,又可调节涂料的p H值,节省了pH值调节剂,使涂料具有良好的阻燃性能。

2.1.5 乳液的选择

由于太阳热反射隔热涂料主要用于建筑物或油罐的外装饰面,故其性能就必须满足外墙的要求,要求具有良好的耐候性及保色性、优异的附着力及耐沾污性,有机硅树脂能有效地抵御紫外线对涂膜的光氧化降解,所以有机硅改性乳胶漆具有令人满意的耐久性。有机硅树脂分子由于具有有机基团,同时分子对称性好,极性相互抵消,整个分子呈非极性,从而使其具有很低的表面张力,使涂膜具有很好的疏水性能。其优点在于:(1)能对建筑物起到有效的保护;(2)能提高涂膜的耐沾污性,这是因为疏水性好的涂膜,吸水性低,进入涂膜毛细孔的灰尘少,所以耐沾污性提高。有机硅树脂由于具有硅氧骨架结构,所以涂膜透气性好。(3)有机硅树脂Si-O主链成螺旋状,其基团在界面能定向排列,与基层硅酸盐类材料还可交联,形成化学键,因此大大地改善了涂膜与基层之间的粘结,从而提高了涂膜的附着力。(4)该乳液还具有良好的延伸性,可使涂料具有优异的弹性,能够弥补基层的细微裂纹

添加不透明聚合物乳液,可以提高涂层的太阳光反射率。这是由于干膜中粒径均匀的中空不透明聚合物球体具有抗聚集效应,充分填充空心微珠中的空隙,使涂层中多级组合排列的空心球体更加紧密。如苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液,乳液粒子呈球形,是由中空的苯乙烯芯/丙烯酸酯壳组成。起初,在乳液态和涂料中时,该聚合物的芯中充满水,当涂料涂覆在基层表面干燥后,水由微球的芯中扩散出来而被空气所代替,形成微球内充满气体的空气穴,使其成为具有极好的光散射介质,赋予干膜光散射效果和不透明度,从而进一步提高了涂层的太阳光热反射率,也提高了涂料的白度和遮盖力。

2.1.6 其他助剂的选择

王晓莉等以水性丙烯酸弹性乳液为成膜物质,钛白粉、空心玻璃微珠、高岭土等为颜填料制备的反射隔热弹性涂料中,通过调节助剂在涂料配方中的用量,发现0.22%的分散剂对涂料流动性的改善最为明显;消泡剂含量为0.2%左右即可达到良好的消泡效果;耐沾污剂的最佳用量为1.3%。并且,碱性条件更有利于分散剂效果的发挥,提高涂料的贮存稳定性。然而,助剂的添加对涂膜的拉伸强度和断裂延伸率都有一定程度的影响。涂料制备中应该适当调整组分配方,避免不必要的负面效应,使涂膜的力学性能满足不同的使用要求。

2.1.7 工艺流程

制备反射型节能涂料分为两个过程,首先要在玻璃微珠表面包覆一层TiO2,然后以此为部分功能填料来配制反射型红外节能涂料。以Ti(SO4)2为原料制备二氧化钛包覆中空玻璃微珠的工艺过程为:称取空心玻璃微珠5 g,加入到500 mL四口烧瓶中,加人蒸馏水50 mL,滴人2%的十二烷基苯磺酸钠水溶液2 mL ,搅拌,分散,升温到100C。用10%的NaOH溶液调节反应溶液的pH值。控制在不同的反应时间内加完Ti(SO4)2溶液。反应结束后,过滤,洗涤滤饼。滤饼在鼓风十燥箱中以120℃干燥3 h,再在马弗炉中于600℃煅烧2 h,得到包覆二氧化钛的空心玻璃微珠。反射型功能涂料的制备工艺与乳胶漆的生产工艺基本相同:先分散颜填料,然后低速搅拌下加入空心微珠,搅拌分散均匀后加入乳液,再加入适蹬的消泡剂、增稠剂等助剂。由于微珠中空,在搅拌分散时注意避免微珠的破坏,需在低速搅拌下加入。

热反射涂料造价信息

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早在20世纪70年代,国外已经开始了反射隔热涂料的研究,并逐渐向产业化方向发展。有代表性的如美国盾牌(Thermo-hield)节能涂料,新加坡高科(HIT)涂料,美国太阳能集团公司研制的LO/MIT-1型隔热漆,雅典的Intermat防务涂料公司等。盾牌节能涂料用于航天飞机隔热保温,涂料中含有极细的陶瓷泡,对阳光有较高的反射率,且成膜后陶瓷泡紧密排列形成完整的隔热层,可令被涂物内部温度大大降低,节能约40%。太阳能集团的LO/MIT-1型隔热漆,其隔热效果是标准金属薄膜的85%-95%,夏天用于屋顶涂装,可令室内温度降低5.5-14.5℃,即可节省空调能8-12%;冬天,可阻止热量向外辐射,又可节省取暖能1%-2%。Intermat防务涂料公司开发的热反射涂料,可将物体的温度降到一个特定值,与环境温度相近,红外特征降低达50%,表面温度降低达65%。此涂料的防护范围为400-2000nm,热观测仪、夜视产品、以及卫星、激光定位系统等很多传感器都难以分辨。

国内研究虽起步较晚,但不少高等学校及研究单位介入这一领域,因此,在机理研究、品种开发及工程应用方面,取得了巨大进展。近几年,可见光及近红外隐身涂料、红外隐身涂料的研发,更取得了较大进步,可以说已具有与国外同步的研发水平。屠平亮等早在20世纪90年代就研制出一种在高温时仍保持高发射率的节能涂料。上海大通应用化学所于1992年研制的凉凉隔热胶,已大量工程应用,尤其是油罐。

目前,我国建筑能耗占能源总消耗的1/3左右,建筑单位面积采暖能耗是国际气候条件相近发达国家的2倍~3倍。随着建筑节能标准的出台,发展低能耗、保温隔热性能好的新型材料成为主流趋势,建设部从2007年起全面推行节能建筑认证体系。建筑节能新技术的研究开发和新产品的推广应用,是推动建筑节能工作的有效途径。巨大的建筑节能市场将带动建筑涂料产进行新的发展,我国是节能涂料最具发展潜力的大市场。

在建筑节能外墙保温系统设计中,应用较多的为白色热反射隔热涂料,以空心微珠和高折射率TiO2为主要功能颜填料,对太阳光的热反射比可达80%以上。随着建筑节能的需求日益迫切,单一白色热反射涂料已不能满足多色彩的外墙涂料要求;而彩色热反射涂料因在可见光波段的高吸收性和颜料耐候性差,其使用和推广受到限制。选择红外反射性好的颜料,通过补色原理调色制备的灰色系涂料,成为节能涂料发展的主流。

各项性能指标

较早时候,太阳热反射涂料没有指标及行业标准,性能检测主要参考美国军标。杨晓鸿等研制了用于测量太阳热反射涂层表面温度和涂有太阳热反射涂层的贮罐内液体温度的自动检测系统,能较好地测量和记录即时温度值和升温曲线,对太阳热反射涂料的研究大有裨益。殷燕子等在美国车标规定的热反射涂料反射率测试装潢进行了改进,消除了试验过程中环境和人为因素对试验结果造成的影响,可获得科学可信的试验结果,缩短研制过程。

2007年5月,国家发改委发布了建材行业标准JC/T 1040建筑外表面用热反射隔热涂料,除了其他与涂料有关的综合性能指标外,主要规定了太阳反射比和半球发射率这两个代表热反射隔热涂料特性的指标和测试方法。这两项指标均引用G.JB 2502-1 996卫星热控涂层试验方法(已被GJB 2502~2006航天器热控涂层试验方法代替)。2008年9月,中华人民共和国住房和城乡建设部发布了建设行业行标准JG/T 235-2008建筑反射隔热涂料,该标准主要规定了太阳反射比、半球发射率、隔热温差和隔热温差衰减(白色)4项指标,比建材行业标准JC/T 1040-2007多出2项与反射隔热性能有关的指标,但太阳反射比和半球发射率2项指标均低于JC/T 1040-2007中指标要求。

力学及环境性能指标:符合有关标准,尤其是防腐蚀性能优秀。降温性能指标:热反射涂料(面漆):反射率R≥70%( 0.3-1.35/μm);半球反射率£≥60%~70%( =8~13.5μm)。隔热涂料(中间漆);导热系数p≤0.25W/cm·K。能满足上述指标的涂层,一般可有较好的降温功能。研制并批量供应市场的J332,其降温性能指标举例如下:热反射涂料:白色R=0.98,£=0.77;淡红色R=0.71,£=0.86。隔热涂料(各色):p≤0.25w/cm·K。

太阳热反射率

太阳反射率是一个重要的特征。颜料总是在某些种类的基料如涂料中使用,一旦涂料吸收了红外能,其必定要向外散热。不同的基材具有不同的散热率。通过正确选择颜料和使用涂料,将反射率和散热率结合起来,可消弱建筑物吸热量,大幅降低制冷耗费,这样散发到周围环境中的热会少些,因而可降低"热岛效应"。

3.2国内目前采用的几种测试方法

(1)太阳光辐射试板(或小筒)法:即用太阳光直射涂有降温涂料涂层的试板,试板规格多为100mmX 50mm X 2mm,板背置点温计探头。这种测试方法的特点是:①简单、直观,易与普通涂料涂层对比;②受阳光照度、板热容量、环境(风速等)影响,难以得到准确数值。或者制成钢板小筒,筒外壁涂降温涂料,外壁及筒内分别置点温计探头测试。

(2)模拟太阳光辐照试板(或小筒)法:考虑到不同地区太阳光照射试验的局限性,即环境温度和太阳光的强度的差异性,需要使用红外灯模拟太阳光进行照射试验。模拟箱550mm×300mm×350mm的三合板制作,中间用20mm XPS聚苯板一分为二,成两个测试舱,箱顶为斜坡(高度300mm),四壁与箱底部位内衬20 mm XPS聚苯板。箱顶上方悬挂两只275 W的红外灯,并接有稳压变压器。红外灯距待测涂膜样板的高度为250 mm。将涂料喷涂在330 mm×260 mm×0.5 mm的轻钢板上,涂膜厚度为0.3 mm,室温放置48 h。测涂膜表面的反射温度及涂膜的隔热温度,用红外灯同时对空白轻钢板和涂膜样板进行照射,从照射初始起计时和读数,每5min记录一次温度,连续照射30 min后记录平衡时样板的温度,根据不同配方涂料样板温度的变化来计算隔热反射率:

P=(t blank-t1)/ (t0-t1)

式中:p-隔热反射率,t blank:空白轻钢板的实测温度,固定为68℃;t1:实测的涂料样板温度;t0:当时的室温。

模拟太阳光不是自然太阳光,其热能分布与自然太阳光有差别,难以准确反映目标在真实状态(自然太阳光)下的降温效果。其优点是避免了环境的影响。

(3)太阳光辐照实物测试法:实物可以是钢质容器、车辆、建筑物等。把涂有不同涂层的试样放在强太阳光下照射(室外温度达到35~40℃的高温天气),同时记录环境温度。每隔20 min用红外线测温仪测试试样内外部温度和环境温度,测试至少6个周期以上。这种测试方法的特点是:①真实、可信度高;②对比性测试要多点测试并接入计算机。整个测试过程由计算机自动完成,全套测试设备价格高,需专业人员进行。

(4)涂层反射率、发射率及导热系数测试:涂料降温性能最直接的指标是其在所需(前述)波段内的反射率R、发射率e(热反射涂料)、导热系数J0(隔热涂料)。R及e的测试可由专门仪器(如DG型地物光谱测试仪及IR~Ⅱ型发射率测试仪)进行。整个过程由计算机自动完成,可同时绘制涂层在所需波段的光谱反射曲线,并可给出该波长范围内任意一点的反射率值,从而避免了人为主观因素的影响。这种测试方法的特点是:①可真实反映涂层的降温性能;②测试方法简单、可行。

热反射涂料节能涂料常见问题

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4.1配方1:保温涂料1

成分

质量百分比

成分说明

丙烯酸乳液

45-55%

成膜物质

金红石型钛白粉

5-15%

填料

重质碳酸钙

15-25%

填料

硼酸盐型玻璃微珠

5-15%

红外线反射颜料

稀土金属氧化物

0-5%

红外线反射颜料

流平剂

0-2%

颜料分散剂

0-1%

杀菌防霉剂

0-1%

PH调节剂

0-1%

纤维素类增稠剂

0-1%

有机硅类消泡剂

0-1%

注:此涂料涂布后,使建筑物表面温度降低约26℃,箱内空气温度降低约19℃,隔热效果较明显。

4.2配方2:保温涂料2

成分

质量百分比

成分说明

醇酸树脂

25-35%

成膜物质

丙酮

15-30%

溶剂

丙二醇甲醚

15-30%

溶剂

钛白粉

15-25%

填料

空心玻璃珠

5-15%

红外线反射颜料

膨胀珍珠

2-5%

红外线反射颜料

酷酸铝纤维

3-8%

红外线反射颜料

流平剂

0-2%

颜料分散剂

0-1%

杀菌防霉剂

0-1%

新型降温涂料集反射、辐射与空心微珠隔热与一体,涂料能对400nm--2500nm范围的太阳红外线和紫外线进行高反射,不让太阳的热量在物体表面进行累积升温,又能自动进行热量辐射散热降温,把物体表面的热量辐射到太空中去,降低物体的温度,即使在阴天和夜晚涂料也能辐射热量降低温度,同时在涂料中放入导热系数极低的空心微珠隔绝热能的传递,即使在大气温度很高时也能隔住外部热量向物体内部传导,三大功效保证了涂刷涂料的物体降温,确保了物体内部空间能保持持久恒温的状态。

在阳光强烈时,涂料可以降低物体表面温度20℃以上,阴天和夜晚可以降温在3℃以上或是降低到和大气温度一致。涂料对于涂刷细小的裂纹的物体有很好的防水、防渗漏作用,涂料有多种颜色可供选择,可根据不同颜色要求涂刷不同颜色的常温降温涂料,另外涂料涂刷完光滑平整,疏水性、自洁性能好,所以常温降温涂料是高效降温、薄层、装饰、自洁、防水、防潮、防紫外线老化、耐酸碱、防腐于一体的新型常温降温节能长寿命涂料。

热反射涂料可广泛用于建筑、化工、石油、电力、冶金、船舶、轻纺、储存、交通、航天等行业上降温,节约能源,创造舒适的人类生活、工作环境。

热反射涂料影响因素

1)树脂对涂层反射率的影响

用于太阳热反射涂层的树脂,对可见光和近红外光吸收越小越好,一般涂料常用的树脂都可用于太阳热反射涂层。要求树脂的透明度高,透光率在80%以上,太阳能的吸收率低,有些基团吸热,故在设计合成树脂时,尽量使树脂中少含有C-O-C、C=O、O-H等基团。

2)颜料对涂层热反射率的影响

颜料对可见光和近红外光的吸收同样越小越好,同时,为减少太阳光透过,颜料对太阳光应有尽可能大的散射。

颜料对可见光和近红外辐射的散射能力取决于颜料和树脂折光指数的差异,散射率m定义为颜料与树脂折光指数的比值(如右图)。nρ为颜料的折光指数(常用颜料的指数为1.4(2.8),nR为树脂的折光指数(常用有 机树脂的指数为1.45(1.50,变化很小)。要达到高反射率,必须选用折光指数高的颜料。

3)涂层厚度的影响

涂层厚度热反射面漆涂层厚度越薄越好,一般涂层厚度20~40μm较好。

热反射涂料节能涂料文献

热反射涂料 热反射涂料

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反射隔热涂料概述 反射隔热涂料的由来 随着全球变暖趋势和人们对生存环境、能源方面的日益关注,世界各国相继制定 了一系列的节能减排政策法规、方案规划。 另据美国物理学家卢森菲尔德推算:改变世界 100 座最大城市屋顶的颜色,相当 于减少 440亿吨二氧化碳排放量, 这一数字与全球 CO2未来 10年预计增加的排放总量 大致相当。他针对“全球变暖的趋势” ,提出“满城尽是白屋顶”的想法。此外,美国 华裔能源部长朱棣文,曾在 2009年伦敦的诺贝尔奖得主讨论会上提议“白屋顶方案” 及各国应制定新的住房建设规则。反射涂料在环境、政策、市场需求的背景下逐渐剥 去其神秘的军事外衣,在全世界轰轰烈烈的展开了应用。 本质上,实现隔热是阻断热的 3 种传递方式:热传导、对流、热辐射。隔热涂料 按隔热机理的不同主要分为 (无机 )阻隔型隔热涂料、反射型建筑隔热涂料、辐射隔热 涂料三类。通常所讲的是反射隔热涂料

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热反射涂料隔热效果 热反射涂料隔热效果

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热反射涂料隔热原理分析 近年来,由于城市人口集中,工业发达,交通拥塞,大气污染严重,且城市中 的建筑大多为石头和混凝土建成,它的热传导率和热容量都很高,加上建筑物本身 对风的阻挡或减弱作用, 可使城市年平均气温比郊区可高 2℃,甚至更多 ,在温度的 空间分布上 ,城市犹如一个温暖的岛屿, 从而形成城市热岛效应。 热岛效应小的建筑 的夏天的隔热就成为关注的热点,建筑包括楼房、厂房、粮库以及油罐等建筑物隔 热。如果做到建筑的节能减排也是一个难点。如果在建筑外表涂刷防晒隔热涂料, 不但可以降低建筑物的温度, 延长建筑的使用寿命。 传统的防晒涂料效果并不明显, 温差变化大会出现掉皮,脱落等现象。热反射隔热涂料就成为应用就成为建筑隔热 好材料。针对这些情况,北京志盛威华化工有限公司专门生产了涂刷在建筑外表极 其耐用的热反射防晒隔热涂料— ZS-221。 涂刷在各种建筑物的外表面上, 反射太阳的一定波

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摘要:选择进口空心玻璃微珠研制了一种薄层反光隔热效果优良、耐沾污性和耐候性良好的隔热反射涂料,采用美军军标对其性能进行了评价并与普通聚氨酯涂料进行了比较,表明其效果明显。

 

关键词:油罐专用隔热反射涂料  美军军标  空心玻璃微珠  聚氨酯涂料样板

    前言

    露天环境下,地面油罐由于阳光曝晒,导致其表面和内部温度快速升高,其中大部分热量集中于油界面表层,加快了油品的蒸发,造成呼吸损耗。随着国民经济和现代科学技术的发展,节能和环保受到了人们越来越多的关注。目前常用的隔热方法有采用隔热层、金属镀膜和水喷淋降温。以玻璃棉、泡沫塑料组成的隔热层,虽有一定的隔热效果,但是一旦热能传入内部,即使外部温度降低,热能还是困陷其中;在物体表面镀一层金属膜,其隔热效果虽然显著,但是工艺复杂,容易受到工作环境和基材的限制;为降低石油化工贮罐及管道等金属表面的温度,须经常向上面淋水降温,而喷 淋水管的内外壁易锈蚀,循环水的污垢易长藻、长霉,影响生产环境。所以,研制开发一种薄层反光隔热效果优良、耐沾污性和耐候性良好,并具有一定阻燃作用的 高效环保反射太阳热的保温材料,对节约能源、保护环境,具有重要意义。

    1试验部分

    1.1试验材料

    BS962-60(三木);分散润湿剂、流平剂、消泡剂、增稠剂(毕克);金红石型钛白粉(龙蟒);玻璃微珠(进口);聚氨酯脱水剂;N-3390(德国)。

    1.2仪器设备

    小型告诉分散机;Brookfield黏度计;电子天平;红外线测温仪等。

    1.3隔热涂料的制备

    按表1、表2配方称取各种物料。

    A组分:在搅拌下依次加入12345计量入罐高速搅拌6min,低速搅拌计量加入78,高速搅拌20min,研磨至细度合格,用9调漆,在低速搅拌下加入5,避免过高的转速破坏玻璃微珠的空心结构,使其失去隔热反射能力,最后用10调整黏度,检验合格后过滤、灌装。

    B组分:将所有原料计量入罐,搅拌分散均匀,检验合格后过滤、灌装。

1 白色隔热反射面漆A组分

    1.4样板制备

    按配比mAmB=41将两组分混合均匀后,熟化0.5h,将所制得的反射隔热涂料喷涂在涂有底漆、中涂层的马口铁样板上(双组分环氧底漆二道6080μm→改性环氧中涂一道3050μm→隔热反射面漆三道80100μm),48h自然干燥。

    1.5性能测试

    由于我国目前隔热反射涂料尚处于研发阶段,本试验参照美军军标中所规定的检测方法(见图1)

1 测温装置示意图

    测定步骤如下:2块喷涂聚氨酯黑漆的样板平放在泡沫上,两块样板相距5cm,位于灯泡的下方(由于隔热涂料主要是将日光中的红外光反射,因此试验选用红外灯泡)。将2块样板在30min内达到平衡温度87.8。温度达到平衡后,换上待测定的自制隔热涂料(白色)样板,聚氨酯白漆样板,进行隔热效果比较。15min后温度重新达到平衡后,记录样板温度。将该数值与美军军标所规定的温度-反射率对应值相比较,美军军标所确定的样板温度-反射率对应值为:反射率(%)/样板温度():50/67.875/61.1

    2结果与讨论

    2.1隔热反射效果对比

    为了考察所制隔热反射涂料的隔热效果,将它与普通聚氨酯白漆进行了比较,其结果见表3

3 自制隔热反射涂料与普通聚氨酯涂料的隔热效果比较

由表3可看出,该隔热涂料在15min内可达到28以上的降温,比普通聚氨酯涂料有更加优越的隔热反射功能,而且经过长时间的照射也能有效地隔热,样板温度持续稳定未上升,隔热效果明显

    2.2基料的选择

    油罐用隔热反射涂料主要由基料、功能性助剂和溶剂组成。基料是涂膜最主要 的组成部分。基料的主要作用是将涂料中的其他成分黏结成一整体,当涂料固化后,附着在基材表面形成均匀、连续、坚韧的保护膜层。它对涂料的黏结强度、干 性、耐水性和耐化学性、附着力起决定性作用。材料反射太阳光的强弱主要用物质的折光指数来表征,合成树脂的折光指数为1.451.50,这意味着选择不同的基料对涂层的太阳热反射效果不会有显著的影响。因此制备耐候性要求较高的油罐用隔热反射涂料时一般选择透明度高、不含吸热基团、对可见光和近红外光吸收较少的双组分丙烯酸树脂。

    2.3颜填涂的选择

    入射在涂层上的太阳辐射被吸收、透射或反射。由于存在颜填料,隔热涂料一般不透明,其透射率近似为0,因此通过提高涂层的反射率使涂层表面对能量的吸收较少,可以使得涂层温度上升的幅度降低。涂料中的颜填料主要以散射为主,颜填料的折射率越大,其散射太阳光的能力越强。一些颜填料的折射率如表4

4 几种典型颜填料的折射率数据

    由表4可看出钛白粉的折射率较大,而且白色对光线产生散射作用最强,因此隔热反射涂料以白色为主。

    2.4玻璃微珠对涂料反射隔热性能的影响

    据文献报道,采用空心微珠等功能性填料形成高效太阳热反射涂膜,具有很好的降温隔热作用。在隔热涂料中添加适当量的空心玻璃微珠,主要利用它的空气层,产生良好的隔热效果。空心微珠填料对近红外光的反射率远远高于普通填料。通过试验发现,普通填料的反射比只有约0.28,而玻璃微珠与陶瓷微珠的反射比接近,达到0.9,陶瓷微珠略高于玻璃微珠,但玻璃微珠的贮存稳定性较好。所以,使用玻璃微珠是合适的选择。

    3结语

    本工作以丙烯酸聚氨酯为基料,并加入钛白粉、空心玻璃微珠、助剂制成的隔热涂料,具有生产工艺简单和施工方便的优点。自制的隔热涂料能保持较长时间隔热效果,已被延庆石油集团等单位的贮罐所广泛使用,具有较好的经济效益和社会效益,有广阔的市场前景。

 

反射隔热涂料是由基料、热反射颜料、填料和助剂等组成。通过高效反射太阳光来达到隔热目的。薄层隔热反射涂料是这类涂料的代表。国家出台反射隔热涂料标准(JC/T1040-2007)要求:太阳反射比不小于85%,半球发射率不小于83%.反射隔热涂料是集反射、辐射与空心微珠隔热与一体的新型降温涂料,涂料能对400nm——2500nm范围的太阳红外线和紫外线进行高反射,不让太阳的热量在物体表面进行累积升温,又能自动进行热量辐射散热降温,把物体表面的热量辐射到太空中去,降低物体的温度,即使在阴天和夜晚涂料也能辐射热量降低温度,同时在涂料中放入导热系数极低的空心微珠隔绝热能的传递,即使在大气温度很高时也能隔住外部热量向物体内部传导,三大功效保证了涂刷涂料的物体降温,确保了物体内部空间能保持持久恒温的状态。隔热防晒涂料在阳光强烈时,涂料可以降低物体表面温度20℃以上,阴天和夜晚可以降温在3℃以上或是降低到和大气温度一致。涂料对于涂刷细小的裂纹的物体有很好的防水、防渗漏作用,涂料有多种颜色可供选择,可根据不同颜色要求涂刷不同颜色的常温降温涂料,另外涂料涂刷完光滑平整,疏水性、自洁性能好,所以常温降温涂料是高效降温、薄层、装饰、自洁、防水、防潮、防紫外线老化、耐酸碱、防腐于一体的新型常温降温节能长寿命涂料。常温降温涂料可广泛用于建筑、化工、石油、电力、冶金、船舶、轻纺、储存、交通、航天等行业上降温,节约能源,创造舒适的人类生活、工作环境。

1、反射隔热保温涂料抑制太阳辐射热、红外辐射热和屏蔽热量传导,其热工性能优于其他绝热材料。

2、反射隔热保温涂料可应用于在体积、重量上受到限制的场所,(经认可)1mm厚的反射隔热保温涂料反射了所有热辐射的约90%-95%,相当于10mm厚的R值为20的聚苯乙烯泡沫塑料。

3、反射隔热保温涂料具有防潮、防水汽的卓越功能,可阻碍水汽冷凝,可防止被绝热体表面的氧化(如钢管、锅炉等),同样重要的是,在接触到潮湿环境时其隔热性能不会下降。

要达到高的热反射率,必须选用高折光系数的颜料,但颜色对热反射率有很大影响,通常随着明度的降低,热反射率下降。因此,反射隔热涂料的颜色选用白色或浅色比较容易达到,或采用光谱选择性材料配成一定颜色。尽管薄层反射隔热涂料导热系数不高,但因涂膜厚度比较薄,总热阻有限,保温效果不大。通过下例传热系数K值的计算能清楚说明这一点。反射隔热涂料现已用于海上钻井平台、油罐、石油管道、建筑业的钢结构屋顶等,降低暴露在太阳热辐射下装备的表面温度和内部温度,改善工作环境,提高安全性等。反射隔热涂料可单独使用,也可与其他多孔保温材料配合使用,如作为外墙外保温的配套材料,尤其是用于夏热冬冷和夏热冬暖地区,构成高反射和低传热结构,达到既隔热又保温的效果,隔热保温涂料是通过低导热系数和高热阻来实现隔热保温的一种涂料。反射隔热保温涂料目前主要用于铸造模具、油罐和管道等的隔热,目前还不能用于外墙外保温,将来通过改性,预期可用于外墙外保温系统。隔热涂料和外墙外保温的组合,能很好满足夏热冬冷和夏热冬暖地区外墙保温和隔热要求。能否采用较低成本材料提高隔热性能,采用反射隔热涂料就是一个很好的选择,其导热系数低而反射率高。

双向热反射建筑节能无机保温系统由基层墙体、无机中空玻化微珠保温层、抗裂砂浆护面层和内、外热反射涂料饰面层组成。

主要产品有:无机中空保温砂浆、抗裂砂浆、外墙腻子、绝热保温反射涂料(外隔热层)、绝热节能保健涂料(内保温层)、防火保温板。

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