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        反射型建築保溫隔熱塗料的應用與發展,從實用性的角度介紹了建築絕熱塗料的種類、基本特徵、絕熱原理、生產技術等
        2020年01月13日    閱讀量:1081    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

        1建築保溫隔熱塗料的種類及其應用原理

            建築保溫隔熱塗料也稱為建築絕熱塗料,屬於功能性建築塗料,根據保溫隔熱作用機理的不同,可以分為阻隔型、反射型和輻射型3類。這3類塗料的絕熱機理不同,應用場合和所得到的效果也不同。


        1. 1阻隔型建築保溫隔熱塗料

            阻隔型絕熱塗料的絕熱機理是阻止熱傳導中國建材網cnprofit.com。阻隔型建築絕熱塗料塗裝成膜后塗膜中充滿著孔隙,因而塗膜的干密度很低,其導熱係數(入)一般小於0.06 W/(m•K),所以具有很好的絕熱性能。阻隔型絕熱塗料在實際應用中的絕熱效果與塗膜厚度密切相關。


            目前外牆外保溫塗料在國內得到廣泛應用,塗料也開始從過去的膏狀塗料向粉狀塗料轉變,並且以粉狀產品為主;組成材料由初期以膨脹珍珠岩作為絕熱骨料逐步轉變成以膨脹聚苯顆粒為絕熱骨料。


        不過,由於建築行業的習慣沿襲,粉狀建築保溫隔熱塗料多數情況下被稱為保溫砂漿」、輕質絕熱砂漿」等,這些習慣稱謂極為流行。國家建工行業標準JC 158-2004《膠粉聚苯顆粒外牆外保溫系統》頒布實施后,將這類材料稱為膠粉聚苯顆粒保溫漿料,但在開發應用的初期還是稱為保溫隔熱塗料。


        1.2輻射型建築保溫隔熱塗料

            輻射型建築絕熱塗料的絕熱機理是通過波的輻射形式把建築物吸收的日照光線和熱量以一定的波長發射到空氣中,從而起到隔熱降溫效果。該類塗料不同於阻隔型絕熱塗料和反射型絕熱塗料,因為這兩類塗料只能減慢但不能阻擋熱能的傳遞。


        白天太陽能經過塗裝有絕熱塗料的屋頂和牆壁不斷傳入室內空間及結構中,這些傳入的熱能在室外氣溫下降后,再反過來通過塗裝有絕熱塗料的屋頂和牆壁向外傳遞熱量的速率同樣很緩慢。


            輻射型建築保溫隔熱塗料卻能夠以熱輻射的形式將吸收的熱量輻射掉,從而促使室內和室外以同樣的速率降溫,因而具有較高的降溫速率。這類塗料的實際應用目前僅是在冶金、鍊鋼系統的工作服以及紅外輻射窗帘布等方面,在建築絕熱領域中的應用尚處於研究階段。


        1.3反射型建築保溫隔熱塗料

            反射型建築絕熱塗料也稱反射太陽熱型絕熱塗料,其基本原理是通過塗膜的反射作用將日光中的紅外輻射反射到外部空間,從而避免物體自身因吸收輻射導致的溫度升高。太陽時時刻刻向地球輻射著巨大的能量。太陽能絕大部分處於可見光和近紅外區。


        按波長可分為3部分,即在200一300nm,的紫外線區的熱輻射能量僅佔5%:在400-720 nm。的可見光區佔45%;在720 - 2 500 nm的近紅外區佔50%。可見,太陽輻射熱絕大部分處於400一1800nm。範圍內。在該波長範圍內,反射率越高,隔熱效果越好。

           任何物質都具有反射或吸收一定波長太陽光的性能。入射在塗膜上的太陽輻射能被吸收、透射或反射,其吸收率(ó)、透射率(p)和反射率(T)之間有如下的關係:

        反射型建築保溫隔熱塗料的應用與發展,從實用性的角度介紹了建築絕熱塗料的種類、基本特徵、絕熱原理、生產技術等 中國建材網,cnprofit.com

        由於塗膜是不透明的,其透射率ó近似為0。因此,只有提高塗層的反射率T,才可以使塗層表面吸收較少的能量。反射型建築絕熱塗料就是通過適當選擇透明性好的樹脂和反射率高的填料,製得高反射率的塗膜,以達到反射光和熱的目的。


        反射型建築絕熱塗料利用塗膜對光和熱的高反射作用使太陽照射到塗膜上的大部分能量得到反射,而不是被塗膜吸收;同時,這類塗膜本身的導熱係數很小,絕熱性能很好,這就阻止了熱量通過塗膜的傳導。


        由於反射型隔熱塗料具有高反射性和低導熱係數,使得塗膜在超過一定厚度時,其反射性能只與塗膜表面的反射率有關,而與塗膜厚度無關。這與阻隔型絕熱塗料的絕熱效果與塗膜厚度密切相關的原理是完全不同的。


        2反射型建築絕熱塗料的應用

        反射型絕熱塗料開始是為滿足軍事上和航天上的需求而發展起來的,即通過該塗料的作用可以降低和削弱敵方熱紅外探測設備的效能,改變目標自身的熱輻射特徵或使目標自身的綜合熱散射特徵和周圍背景相適應。


        由於反射型絕熱塗料能夠顯著地降低暴露於太陽熱輻射下的物體的表面溫度,因而該類塗料迅速在石油化工行業得到應用。用於貯存和運輸石油、液化天然氣的金屬儲罐、管道等設施,夏季受太陽光的照射,表面和內部的溫度迅速升高,因此而帶來一系列問題。


        使用反射型絕塗料能有效地降低因太陽熱輻射引起的溫升,達到阻止這些設施表面溫度的升高和熱傳導、改善工作環境和提高安全性的目的,因而該類塗料的應用受到重視,並得到較多的研究,已被廣泛應用於建築工程、石油、運輸、造船及軍工、航天等行業。


        反射型絕熱塗料在建築工程領域中主要應用於隔熱場合,即在外圍護結構的表面採用高反射性隔熱塗料,能夠減少建築物對太陽輻射熱的吸收,阻止建築物表面因吸收太陽輻射導致的溫度升高,減少熱量向室內的傳入。


        以前主要研究在屋面上應用,以降低溫升並對屋面防水材料起保護作用。近年來由於國外新型高效能反射材料玻璃空心微珠的出現,推動了這類塗料在我國南方冬冷地區外牆面的應用。


        作者認為,反射型隔熱塗料除了對太陽熱反射的熱工作用外,還能夠解決外牆外保溫系統所帶來的裂、滲和塗膜老化迅速等新問題,這類塗料隨著今後建築節能的全面展開,其應用將會受到重視並得到更多的應用。


        3反射型絕熱塗料生產技術與塗膜反射性能測試方法

        3.1原材料

        3.1.1基料的選用

            (1)根據反射率和吸收率選用

            用於反射型建築絕熱塗料的樹脂對可見光和近紅外光的吸收越小越好,通常要求樹脂的透明度高透光率應在80%以上),對太陽熱的吸收率低,且結構中盡量少含一C-O-C、>C=O、一OH等吸能基團.


            (2)根據對塗膜的耐候性要求選用

            由於反射型建築絕熱塗料主要應用於受太陽光照射的外牆或屋頂,因而必須具有良好的耐候性及保色性,優異的附著力及耐沾污性。例如,丙烯酸樹脂的耐候性強、透明度高、附著性好,是最常用的建築塗料基料。


        該類樹脂的觸變性可以調節,有利於防止塗料的貯存沉降,其分子鏈結構中有特殊的結構單元,塗層在戶外日晒雨淋的過程中,這種高分子樹脂發生局部分子鏈斷鏈,使塗層表面微粉化,經雨水沖刷后,又得到新鮮的塗層表面,使塗層一直處於嶄新狀態,能保證在戶外使用過程中塗層的高太陽熱反射能力。


        (3)根據塗料種類的要求選用

        建築塗料是塗料中水性化比例最高的塗料品種。一般來說,溶劑型品種比同一類水性塗料的性能要優異,但成本相應提高,且對環境產生污染。因而,對於建築絕熱塗料來說,當應用於外牆和屋頂時,在沒有特殊要求時應使用水性成膜物質。


        就目前的商品狀況來說,以合成樹脂乳液為宜。目前使用的合成樹脂乳液主要是丙烯酸類以及丙烯酸共聚類。這裡提出選用的依據:製備一般的建築外牆塗料可以選用普通丙烯酸乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液等,製備耐候性、耐沾污性好的塗料可選用有機硅-丙烯酸酯共聚乳液和聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液等;


        製備具有適應基層體積應變性能的塗料可以選用玻璃化溫度低並具有自交聯性能的相應種類的彈性乳液。此外,為了提高塗料的耐候、耐沾污性能,還可以使用適量的硅溶膠與合成樹脂乳液複合。



        3.1.2顏料和填料

            顏料和填料的選用主要是著眼於反射性能和對塗膜導熱係數的影響。例如,過去使用的鋁粉類顏料,雖也具有好的反射性能,但鋁粉的導熱性能好,塗膜吸收的少量熱會被塗膜很好地傳導。因而,夏天在太陽光的照射下,鋁粉反射塗膜表面的溫度可達60℃以上。


            (1)玻璃空心微珠

            近年來,使用玻璃空心微珠製備的日光反射型建築絕熱塗料具有很好的反射性能,使得這類塗料成為嶄新的塗料品種,並提高了應用性能,擴大了應用領域。一言以蔽之,玻璃空心微珠賦予了日光反射型絕熱塗料所需要的各種性能。例如,20世紀90年代美國國家航空航天局(NASA)為解決航天飛行器的傳熱控制問題研製了一種太空絕熱瓷層(therma-cover),系由懸浮於惰性聚合物乳液中的空心玻璃微珠構成。


        該塗層具有高反射率、高輻射率、低熱導率、低蓄熱係數等熱工性能.玻璃空心微珠也稱塗料用多功能空心添加劑,其顆粒呈圓形或者近似圓形,表面為光滑堅硬、結構緻密的玻璃體,對各種液體介質幾乎不吸收,能夠很好地反射光、熱等入射波。玻璃空心微珠內部為空心,因而密度低、導熱係數小、傳熱隔絕性能也很好。這些性能,使之非常適合於作為反射型絕熱塗料的反射性填料。

        表1 列出某商品空心玻璃微珠的性能 。

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        這些商品玻璃空心微珠在塗料中的作用有:①能夠提高塗料的絕熱性能並賦予塗膜更好的增白遮蔽效果,能夠反射80%一90%日光輻射熱能,可防止塗膜結構中成膜物質的降解,延長使用壽命:②具有高效的填充性,能夠減少塗料中基料的使用量;降低塗料施工中有害氣體的排放,更有效地減少塗料的VOC指標;③能夠增強塗料的流平性、平滑性,明顯改善塗膜的硬度和抗刮傷等機械性能;④使塗膜具有更好的防污染、防腐蝕和耐黃變性能。有的產品除具有上述性能外,還因具有較好的冷熱體積變化性而能夠增強塗膜的彈性。


            (2)其他顏料

            除了空心玻璃微珠以外,還要根據塗料性能的需要添加其他顏料、填料。選用時應注意,由於要保證空心玻璃微珠在塗膜中的反射性能,塗料組成材料中應盡量少用對光吸收率高的普通填料,但可以使用對光、熱反射性能較好的功能填料,例如品質較高的粉煤灰空心玻璃微珠,以降低塗料成本。此外,還應根據顏料折光率與塗膜反射率的關係選用折光率高、吸收率小的顏料。


        3.1.3其他塗料組分

            塗料是由成膜物質、分散介質、顏料、填料和助劑組成的。這些塗料組分的選用應根據普通塗料的選用原則並考慮到反射型絕熱塗料的特徵。這類內容涉及篇幅較長,可參考有關書籍。


        3.2反射型建築絕熱塗料製備舉例

        3. 2. 1參考配方舉例

            反射型建築絕熱塗料是一種高性能功能性塗料,其使用環境直接處於室外,除了反射性能外,對塗料的其他物理力學性能要求也很高,例如耐候性、耐大氣腐蝕性、耐酸雨等。因而,其配方的特徵之一是在滿足塗膜反射性能的要求下塗料的PVC不能太高,否則對塗料的物理力學性能不利。


        就塗料PVC與塗膜反射性能之間的關係來說則是很複雜的,塗膜的反射率是先隨著塗料PVC的增加而上升,到15%時達到最大值,其後隨著PVC的增加反射率又下降,而在PVC達到45%以後,反射率又隨著PVC的增加而增加,並趨於平緩!14。配方的特徵之二是空心玻璃微珠的含量不能太低,應能夠形成連續的反射層面。


        從各種文獻中的參考值來看,其用量(以質量計)應高於20%。三是如果基料使用熱塑性樹脂,應注意樹脂的玻璃化溫度不能太低,一般應高於25℃。四是不能選用會顯著吸收光和熱的材料,特別是填料、顏料的選用。

           表2為日光熱反射型絕熱塗料的參考配方。

        反射型建築保溫隔熱塗料的應用與發展,從實用性的角度介紹了建築絕熱塗料的種類、基本特徵、絕熱原理、生產技術等 中國建材網,cnprofit.com

        3. 2.2塗料製備舉例

            日光熱反射絕熱塗料的製備同普通塗料相似,都是物理混合過程,在製備過程中不涉及到化學反應。但在生產程序的設計上應注意空心玻璃微珠不能夠受到研磨,否則會使其破碎而失去反射性能。下面以表2中配方2為例,介紹日光熱反射絕熱塗料的製備過程。    


        製備塗料時,將水、防霉劑、乙二醇域丙二醇)、酯醇一12域丙二醇丁醚)、陰離子型分散劑、潤濕劑、氨水和適量消泡劑等在混料罐中混合均勻,製得料漿。將該料漿通過砂磨機研磨至細度合格后,轉移至調漆罐中加入彈性聚丙烯酸酯乳液攪拌均勻,再投入空心玻璃微珠並中速攪拌均勻。最後視塗料中泡沫的多少補充消泡劑,慢速攪拌消泡。此後,還可以根據塗料的黏度狀況,使用適量的有機類增稠劑調整塗料的黏度。

        3.3反射型建築絕熱塗料反射性能的測定

            反射型建築絕熱塗料的反射率可根據國家標準GB/T 7287. 10紅外輻射加熱器光譜法定向發射率測量方法》測試:導熱係數可根據GB/T 10297《非金屬固體材料導熱係數的測定》方法測試.反射隔熱性能目前尚無檢測方法的標準,有的研究參照美國ASTM D6083-97標準,在馬口鐵板上製備塗膜,將塗膜置於測試台上,樣品背而貼測溫熱電偶,並墊絕熱材料。


        試板上方有一個250W的紅外燈(燈的位置可調),以模擬太陽的近紅外輻射。固定紅外燈高度后,即可測量試板正、反面的溫度,得到塗膜反射熱的效果.此外,也有的研究參照美國軍標中所規定的檢測方法,並使用國內具有相同功能的儀器建立檢測系統進行塗膜反射性能的檢測。

         

        4反射型建築隔熱塗料發展展望與 發展中應注意的問題

        4.1發展展望

            反射型建築絕熱塗料在今後幾年將會得到更大的發展,應用量也將會顯著增加.這是因為,目前建築節能己成為我國法定要求,建設部在關於民用建築節能管理規定的第143號令中,對我國民用建築節能進行了嚴格的強制性規定。


        提高建築物圍護結構的絕熱性能是建築節能工作的首要措施。建築維護結構的保溫隔熱包括牆體和屋而2個方面.牆體保溫隔熱措施分外牆內保溫、外牆外保溫和牆體自保溫等方法。由於外保溫在建築節能和室內環境舒適等方面的諸多優點,建設部己把外保溫作為重點發展項目。


           在外保溫隔熱體系中,置於保溫層之上的抗裂防護層,對於薄抹面其膜厚在3一6 mm,對於厚抹面為25一30mm,且保溫材料具有很高的熱阻,在熱量相同的情況下,外保溫抗裂保護層的溫度變化速率比無保溫情況時提高8一30倍。


        對於廣泛使用聚苯板和聚苯顆粒保溫塗料的外保溫,使用普通塗料進行飾面時,保護層的溫度在夏季可達到80ºC,表面溫度的變化可達50ºc。因此對抗裂防護層的要求很高,當材料性能差或者施工質量有問題時會導致開裂。


        夏季保溫層表面的持續高溫還會加速塗膜的老化速率,更不利於熱塑性塗料的耐沾污性。對於南方高熱地區尤其如此。這都是外保溫給建築塗料帶來的新問題。


            從上而的討論可知,反射型建築絕熱塗料的最主要性能就是能夠反射夏季的太陽熱輻射,降低因太陽輻射而導致的塗膜溫度升高。由於外牆外保溫表面塗裝這類塗料后,塗膜表面溫度不會大幅度升高,而且同時能夠減少通過牆體在建築物內的傳熱。


        從所發表的研究結果來看,塗覆反射型建築絕熱塗料后,塗膜表面的溫度比未塗裝塗料或者塗裝普通塗料時溫度最高可降低19℃。這就給外牆外保溫表面溫度高、可能受到的溫差大所帶來的開裂、塗膜老化加速等問題一個極好的解決途徑。


           因而,筆者認為,過去反射型建築絕熱塗料的發展很慢,應用較少,一是因為需求少,二是建築節能尚未形成法定要求.而目前情況的變化使得該類塗料的應用將會受到重視,並有著十分可觀的應用前景.實際情況也是如此,有些生產商己經開始開發該類塗料.此外,反射型建築絕熱塗料的性能調整十分方便。


        可以根據需要選擇基料,例如可以使用彈性建築乳液配製能夠遮蔽基層裂縫的彈性建築塗料:使用有機硅一丙烯酸共聚乳液配製耐沾污性好的硅丙塗料以及使用溶劑型樹脂配製高性能溶劑型塗料等。當選用不同基料時,只是塗料的物理力學性能有所差別,塗膜的反射性能沒有明顯差別.這也給該類塗料的應用提供了更好的靈活性。


        4.2發展中應注意的問題

            為使反射型建築絕熱塗料得到更好地發展,這裡提出在發展過程中應注意的一些問題。

        4.2.1不要盲目擴大反射型建築絕熱塗料的應用範圍如上述,反射型建築絕熱塗料的性能只是隔熱,雖然其導熱係數小,保溫性能好,但在經濟上可接受的範圍內其塗膜的阻熱效果與普通塗料相比並無明顯差別,即該類塗料屬於薄塗層塗料,沒有明顯的保溫性能,只能塗裝於外牆外保溫或屋頂保溫層上,起到隔熱和保護作用,而不能作為獨立的建築節能塗料來代替目前廣泛使用的膨脹聚苯板和聚苯顆粒保溫漿料等外保溫系統。筆者在實際中曾遇到提倡該類塗料作為獨立節能材料使用的情況。

        4.2.2應注意保證反射型建築絕熱塗料的質量

            反射型建築絕熱塗料的反射性能主要由反射填料所提供,而目前這類材料價格都很高,因而不能因為市場的價格竟爭而降低反射填料的用量。否則,一種好的塗料最後可能會因為市場的惡性竟爭而得不到好的應用效果。

        4.2.3應制定塗膜對光和熱反射性能的測試方法

            目前關於塗膜反射光和熱的性能還沒有標準的測試方法,這給不同塗料之間的性能優劣的比較帶來了困難,因而應制定塗膜反射光和熱的性能測試方法的標準,以利於該類產品的推廣使用。

        4.2.4應注意解決反射型建築絕熱塗料生產與 應用中的實際問題

            這一點是很重要的。反射型建築絕熱塗料作為一種新型功能性建築塗料,其使用才剛剛開始,隨著其實際應用及其應用量的增大,必然會產生一些需要解決的實際問題。例如,現在研究和應用的基本上是白色塗料,而外牆塗料使用白色的很少,一般需要調配成彩色塗料。塗料經過顏色調配后對塗膜反射性能會產生什麼樣的影響?怎樣解決?調配時有哪些需要特別注意的問題等,都需要在實際應用中予以研究解決。


        5結語

            通過適當地選擇反射型填料,能夠配製出性能良好的反射型建築絕熱塗料。這類塗料在建築行業中剛剛開始應用,隨著國家對建築節能的強實試行和建築外保溫系統中所出現的問題,這類塗料的應用將會受到重視,並將得到快速發展,應用量也將會顯著提高。但是,為了使其健康的發展,應注意避免或解決實際應用中可能出現的一些問題。


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