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建筑隔熱涂料及其發展趨勢,分析了建筑隔熱涂料對于降低建筑能耗的作用
2020年02月21日    閱讀量:429    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

在我國,建筑能耗(建筑物在整個生產和使用過程中的能耗)連同其維護結構材料生產能耗已占到全國能耗總量的30%左右。伴隨著我國城市化建設的推進,建筑能耗在能耗總量中所占的比例也將持續增加,建筑節能(指在不降低建筑物使用功能的前提下,提高建筑中的能源利用效率,降低建筑能耗)將成為提高社會能源使用效率的首要任務。建筑節能材料中隔熱保溫涂料因經濟、使用方便、環保和節能效果好等優點而越來越受到人們的青睞,發展前景光明中國建材網cnprofit.com

 

1 建筑隔熱涂料及其分類

涂刷在建筑物表面能起到隔熱保溫作用的涂料稱為建筑隔熱涂料。建筑隔熱涂料根據隔熱機理和隔熱方式的不同被分為阻隔型隔熱涂料、反射型隔熱涂料和輻射型隔熱涂料3 類。這3 類涂料的隔熱機理不同,應用場合和效果也各不相同。


1.1 阻隔型隔熱涂料

阻隔型隔熱涂料是通過對熱傳遞的顯著阻抗性達到隔熱目的的涂料。熱傳遞是通過對流、輻射及分子振動熱傳導3 種途徑來實現的。材料導熱系數的大小是其隔熱性能的決定因素,材料導熱系數越小,隔熱性能就越好。這種類型的涂料通常以表觀密度小、內部結構疏松、氣孔率高以及含水率小的材料作為輕骨料。依靠黏結劑的作用使其結合在一起,直接涂抹于設備或者墻體的表面達到隔熱的效果。阻隔型隔熱涂料原材料易得,生產設備簡單,投入少、產出大,施工方便。


其缺點是對降低對流和輻射傳熱效果差且保溫層較厚,吸水率高,不抗振動,使用壽命短。此類隔熱涂料只能減緩熱量傳遞的速度,不能減少熱量的傳遞,經過長時間的太陽光照射依然會使室內溫度上升,同樣,當室內溫度高于室外溫度時,也會通過熱傳導的方式將熱量傳遞出去,因此這類隔熱涂料只適用于冬季寒冷,且溫度偏低時間較長、夏季高溫時間較短的地區。


1.2 反射型隔熱涂料

反射型隔熱涂料是通過選擇合適的樹脂、金屬或金屬氧化物顏填料及生產工藝來制得高反射率的涂層反射太陽熱,以達到隔熱的目的。通過將部分光和熱反射出去,防止熱量通過涂膜傳導至室內,引起室內溫度升高。反射型隔熱涂料與各種基材附著力好,耐候性強,一般所用的溶劑無刺激性氣味,大大減少了施工對環境的影響,且隔熱效果較阻隔型隔熱涂料明顯。


但其隔熱性能與涂膜表面平整度有很大關系,涂膜表面越光滑,隔熱效果越好,同時,隔熱效果與涂膜厚度也有一定的關系,且在一定的厚度范圍內,涂膜反射率隨著涂膜厚度的增加而提高。此類保溫隔熱涂料隔熱效果明顯,保溫效果較差,對于冬季寒冷天氣較短,夏季酷熱天氣較長的地區效果最好。


1.3 輻射型隔熱涂料

輻射型隔熱涂料是通過輻射的形式把建筑物吸收的太陽光和熱量以一定的波長發射到空氣中,從而達到良好的隔熱降溫效果。輻射型隔熱涂料不同于阻隔型隔熱涂料和反射型隔熱涂料,因為后兩者只能減緩但不能阻擋熱量的傳遞。


當熱量緩慢地通過隔熱層和反射層后,內部空間的溫度緩慢地升高,此時,即使涂層外部溫度降低,熱能也只能困陷其中。而輻射型隔熱涂料卻能夠以熱發射的形式將吸收的熱量輻射掉,從而促使室內與室外以同樣的速率降溫,所以也適用于夏季酷熱天氣較長的地區。


輻射型隔熱涂料由于原材料的選取和燒結工藝比較復雜,要想達到穩定的發射率還需進一步地深入研究。由于這類涂料成本較高,所以在建筑物上的應用也較少。另外,據報道,鄭其俊等人綜合利用上述3 種原理制成了具有高輻射率的薄層隔熱保溫涂料。


該涂料的綜合性能優異,尤其是反射率達到85% 以上,且干燥后的涂膜與基材的附著力好,表面光澤高,該涂料干燥快、施工方便、涂膜無接縫、兼具隔熱和防水功能。由此可見,采用復合技術后的隔熱涂料無論在涂料性能還是施工方面都得到了很大的提高,也代表了未來該類涂料的發展趨勢。


2 建筑隔熱涂料的發展及研究現狀

近幾年,國內外建筑涂料無論從品種、規模應用、質量水平還是研究水平方面都有了很大的發展,建筑涂料是國外涂料中產量最大的一種。美國建筑涂料占涂料消費量的50% 以上;日本建筑涂料產量占涂料產量的40% 左右;2008~2010 年,我國建筑涂料產量連續3 年達到20% 以上的增長率。


2009 年,我國涂料總產量達755.44 萬t,首次躍居世界第一,2011 年,全國涂料總產量首次突破千萬噸大關,其中,內外墻涂料占涂料總產量的36% 左右,如果加上地坪涂料、防水涂料等,建筑涂料產量占到46%左右。從目前的發展勢頭來看,今后幾年建筑涂料消費市場將保持較高增長速度,前景廣闊,而建筑隔熱涂料將是今后的發展方向。


2.1 國外研究現狀

在國外,隔熱涂料的研究報道較多,研究也比較深入,已有大量文獻和應用情況的報道。N.M.Nahar等人在對干旱地區太陽光的冷卻技術進行研究后發現,涂有反射涂層的測試室內的溫度比未涂反射涂層的測試室內的溫度低得多。R.Neil采用馬來酸二丁酯- 乙酸乙烯共聚物為成膜物質,通過加入一種Geramic Sul32 珠光隔熱劑制得了隔熱性優良的水性隔熱涂料。


M.J.Wang研究了復合粉體的性能,他們在氧化鋯陶瓷球表面包覆一層致密的硅酸鉀,并測試了復合粉體的散射率以及反射率,研究表明,光的散射率和反射率與包覆層的厚度和陶瓷球的大小有關。制備的復合粉體與相同尺寸的金紅石型氧化鈦顏料以及通用的陶瓷球相比具有更加優異的效果。美國太陽能集團公司的研究人員宣稱,他們研制出一種隔熱涂料,其隔熱效果是標準金屬薄膜的 85%~95%,用于樓頂層房間,室內溫度可降低5.5~14.5℃,也就意味著可以節約 8%~12% 的空調費,而在冬季,它可以阻止熱輻射流逸出屋外,這樣就又可以節約 1%~2% 的取暖費用。


美國專利US 6017981 開發出一種紅外反射涂料,是以水稀釋型丙烯酸樹脂為基料,鈦白粉、鉻黑、鐵紅等為顏料,滑石粉、云母粉等為填料組成,涂于白色底漆上形成干膜厚 45 μm 的涂層,對 1 200~2 000 nm 紅外線的反射率大于50%。


2.2 我國研究現狀

我國建筑保溫隔熱涂料是在 20 世紀 80 年代末開始發展和應用的,當時主要研制應用于一些形狀不規則的高溫管道、設備表面的保溫隔熱涂料。硅酸鹽復合保溫隔熱涂料具有來源廣,耐高溫等優點,是最早發展起來的。


到90 年代,人們在硅酸鹽復合保溫隔熱涂料的基礎上開發了用于內墻墻面的隔熱涂料,并根據內墻墻面的環境情況,改變了基料以無機類材料為主的情況,而是采用聚乙烯醇縮醛膠、合成樹脂乳液等有機基料為主的膠黏材料,有的涂料用有機材料代替了無機粗質輕填料.


近年來,外墻隔熱受到重視,關于隔熱涂料的研究報道也很多,劉先春以改性丙烯酸醇酸樹脂為主要成膜物質,并與顏料、溶劑和助劑配合制得表面隔熱涂料,這種涂料具有優異的物理化學性能和極強的亮度,對太陽熱的反射率高,可以明顯地降低房屋表面的溫度。郭年華研制了聚氨酯改性高氯化聚乙烯反射涂料,試驗結果表明,涂料的熱反射率與面漆所用的基料以及顏填料等都有關。


他還介紹了聚氨酯固化含羥基的丙烯酸改性氯乙烯樹脂熱反射涂料的研制情況,簡述了涂料組成中各種材料的選擇原則及其配方和產品技術指標。張敏采用鱗片狀鋁粉為顏料制得了一種綜合性能優良的水性反光隔熱罩面涂料。


廣東省廉江市星恒高效涂料開發有限公司總裁張炳強先生發明了一種樓面隔熱防水涂料,經廣泛使用,樓面隔熱效果基本達到 100%,大大震撼了科技界和經濟界。沃群鳴詳細研究了紅外輻射的原理,對比了鍍有鋁膜的聚氟乙烯薄膜及其輻射性能,選擇的紅外輻射填料為在硅酸鹽結晶相中加入氧化鋁、氧化鈦等。

 

3 建筑隔熱涂料的發展趨勢

近年來,建筑涂料業發展迅速,隨著有機高分子樹脂合成技術和納米材料技術的發展,伴隨高科技的應用,新的品種不斷地被開發出來,從整個涂料的發展來看,顯現出以下幾種發展趨勢。

(1) 向著施工方便的方向發展。傳統的施工方法需要反復涂抹才能達到一定的厚度,浪費大量的時間,為此,如何研發出方便施工,一次涂抹即能達到一定厚度的涂料將是建筑涂料研究的重點。

(2) 向環保型涂料方向發展。由于環保法規的日益嚴格,以及人們生活水平的不斷提高,人們對涂料的要求也在不斷提高,環保型涂料將是建筑涂料的重點發展方向。水性涂料以水為溶劑,幾乎不含有毒物質,粉末涂料完全不用溶劑,是一種既節省資源而又無毒無污染的建筑涂料新品種。

(3) 向復合型隔熱涂料方向發展。綜合反射型、輻射型、阻隔型隔熱涂料的優點,研發出多種隔熱機理綜合作用的建筑隔熱涂料,這也是未來隔熱保溫涂料的發展方向。 

(4) 合成樹脂涂料將獲得越來越廣泛的應用。在合成涂料中,醇酸涂料和氨基醇酸涂料的使用比例正逐漸縮小,而質量較高的丙烯酸涂料、環氧樹脂涂料、聚氨酯涂料及各種水溶性樹脂涂料呈增長趨勢,油性涂料目前正面臨被淘汰的絕境,所以開發性能優異的樹脂仍是廣大研究人員面臨的難題。

(5) 多功能性建筑涂料越來越受到重視。建筑隔熱涂料除了對建筑物具有保溫隔熱作用外,還應有其它附加功能,如涂料的防水防滲功能、高耐污功能、防碳化、防霉、殺菌、抗靜電、防火阻燃、隔聲等功能。

 

4 結語

雖然近幾年我國建筑涂料發展迅速,但我們也要看到存在的問題,例如對于建筑隔熱涂料的性能指標以及隔熱性能的測試,國家尚無相應的評價標準。目前關于反射隔熱涂料的標準大致有GB/T25261—2010《建筑用反射隔熱涂料》,JG/T 235—2008《建筑反射隔熱涂料》,JC/T 1040—2007《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》,GJB 1670—1993 GF-I《熱反射涂料規范》,標準規定的關鍵指標僅僅是太陽反射比(也稱反射率)和半球發射率,因而對于涂料隔熱效果的評價有待制訂完整的評價標準[25]。


還有,對于外墻隔熱保溫涂料,目前研究較多的是反射型建筑隔熱涂料,并且已得到了產業化,但由于在紅外輻射原理和測試手段方面存在理論缺陷,目前紅外輻射型隔熱保溫涂料還處于實驗室研究階段,實際應用不多,所以實際應用性研究也將是我們研究的熱點。


總之,隨著科學技術的飛速發展,人們對隔熱機理將有更深入的研究,發現更多的新型隔熱材料,隔熱涂料將朝著更加多元化的方向發展,大力發展建筑隔熱節能涂料及相關技術具有廣泛的應用前景。


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