保溫隔熱涂料的研究及應(yīng)用

李玉春 喬一龍 孫 健 翟祝賀

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002）

0 前言

隨著科技的發(fā)展和社會的進步，環(huán)境和能源問題日益突出。我國建筑業(yè)的能耗已占到全國能耗總量的27.6%，建筑節(jié)能將成為社會節(jié)能的首要方面。伴隨著我國城市化進程的推進，建筑能耗在總能耗中的比重將會逐漸增加，對經(jīng)濟發(fā)展和人們正常生活的影響日益突出。

多功能的環(huán)保節(jié)能材料將成為解決保溫節(jié)能問題的突破口。環(huán)保節(jié)能材料中的保溫隔熱涂料得到了人們越來越多的關(guān)注[1～3]。環(huán)保節(jié)能保溫隔熱涂料是一種新型的保溫材料，由優(yōu)質(zhì)天然礦物質(zhì)添加劑和高溫黏合劑，經(jīng)過制漿、入模、定型、烘干、成品、包裝等工藝制造而成。該涂料是集封閉微孔結(jié)構(gòu)與網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)為一體的優(yōu)質(zhì)高效保溫材料，具有體輕、導(dǎo)熱系數(shù)小，隔冷、隔熱、防震、吸音等特點，可廣泛用于冶金、化工、建筑等行業(yè)中。

1 保溫隔熱涂料發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，外墻涂料的產(chǎn)量和應(yīng)用在國內(nèi)外涂料市場中占有相當(dāng)大的份額。雖然聚苯乙烯、聚氨酯酚醛泡沫、耐高溫輕質(zhì)骨料等功能涂料的成功研制在一定程度上緩解了我國建筑材料耗能的問題，但目前仍存在一定的弊端，如耐熱差、耐老化性能差、易燃和易造成污染。另外，我國南北方氣候差異大，北方的墻體需要保溫以降低采暖能耗。南方墻體需要隔熱以減少太陽熱能的傳入。保溫型多功能涂料綜合了涂料及保溫材料的雙重特性，不僅能提高居住水平，改善生活環(huán)境，還節(jié)能環(huán)保，具有重要的社會現(xiàn)實意義[4]。

保溫隔熱涂料選用特質(zhì)溶液，納米陶瓷空心顆粒、硅鋁纖維、各種反射材料為主要原料，能有效抑制并屏蔽紅外線的輻射熱和熱量的傳導(dǎo)，對低溫物體可有效保冷并能抑制環(huán)境輻射熱而引起的冷量損失，可防止冷凝發(fā)生。在高溫管道、設(shè)備、容器的外表面噴涂，可以有效抑制熱輻射和熱量的損失。另外，該高溫隔熱保溫涂料氯離子含量為零，還可防止空氣或工藝中濕的氯化物進入，不會導(dǎo)致金屬焊接的焊縫脆化。涂料的絕緣系數(shù)很高，有很好的高溫下絕緣效果。

2 保溫隔熱涂料的分類

2.1 隔絕傳導(dǎo)型涂料

隔絕傳導(dǎo)型涂料是一種阻擋、反射、輻射太陽光近紅外熱量的功能性水性涂料，令屋面隔熱降溫，節(jié)能降耗。該類型涂料所用的輕質(zhì)骨料的表觀密度小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松多孔，含水率小，具有隔熱、防水、防銹、防腐、工期短、見效快的特性，直接涂抹于墻體表面形成厚度一般為5～20mm的保溫層，干燥成膜后熱導(dǎo)率很小，因此涂層具有一定的減慢熱傳遞的能力，從而達到隔熱保溫的作用。

隔絕傳導(dǎo)型隔熱涂料主要選取低熱導(dǎo)率的原材料，易生產(chǎn)好施工，投入少產(chǎn)出大。但針對削減對流及輻射傳熱效果較差，保溫層較厚且粗糙，吸水率大，抗震性能弱，使用壽命短。對熱量的傳遞只能緩解,達不到削減的作用[5～7]。

2.2 反射型保溫涂料

反射型隔熱涂料也稱日光熱反射涂料，是在涂料中添加中空玻璃、陶瓷微珠，或添加鋁基制的高反射率涂層，反射太陽光中的紅外線及可見光來達到隔熱目的，其隔熱原理主要是熱反射率高，有效降低輻射傳熱和對流傳熱[8～9]。反射型隔熱涂料能對400～2 500 nm范圍的紅外線進行反射，陽光強烈時可降低物體表面溫度3℃～5℃，陰天或夜晚可以降溫到和大氣溫度幾乎一致。

反射型隔熱降溫涂料的典型是ZS-211防曬涂料和ZS-222熱反射涂料。這兩種涂料的反射率都在90%以上，可以有效降溫15℃。以ZS-211為例，這種涂料能夠在建筑的表面形成大量封閉的真空微珠，可有效阻止熱量的傳導(dǎo)，在隔熱的同時，保證建筑室內(nèi)70%以上的熱量不會流失。ZS-211的應(yīng)用可有效起到防寒防凍的作用，厚度為3 mm以上的涂料，保溫率高達90%，在冬天可以有效提高室溫5℃以上。

反射型隔熱涂料附著力好，具有良好的親容性，耐候性強，一般使用無刺激性氣味的溶劑，大大減少了施工對環(huán)境的影響。然而大多反射型隔熱涂料是溶劑，使反射型隔熱涂料的應(yīng)用受限。因此，多功能的水性反射型隔熱涂料的研發(fā)任重道遠。

2.3 輻射型保溫涂料

輻射型保熱涂料的作用機理是通過輻射的形式把建筑物吸收的日照光線和熱量以一定的波長發(fā)射到空氣中，阻擋了熱能的傳遞，減少了建筑的熱量，從而達到良好的隔熱節(jié)能的效果。

此類涂料關(guān)鍵技術(shù)是制備具有高熱輻射率的涂料組分。目前，輻射型建筑保熱涂料的研究尚不成熟，原因在于:如何根據(jù)建筑用乳液的特點，研制出高性能的乳液；對光與熱的反射、吸收及輻射理論研究欠缺；中空、真空微珠和陶瓷粉等隔熱材料的理論研究比較成熟，但其在建筑涂料中的應(yīng)用研究仍較少，缺乏理論支撐，推廣較難；對于隔熱涂料的分析測試，目前尚無國標(biāo)。

3 保溫隔熱涂料的應(yīng)用

隨著涂料技術(shù)的進步，人們對隔熱涂料的研究也正從建筑內(nèi)墻隔熱保溫向建筑外墻拓展。試驗室對反射型建筑隔熱涂料的研究相對成熟，也已經(jīng)在建筑外墻上進行了應(yīng)用。外墻涂料的隔熱性能有利于建筑物的冬暖夏涼及節(jié)能降耗，同時還具有防潮功能，避免室內(nèi)結(jié)露、霉斑等優(yōu)點。

近年來，建筑涂料無論是從質(zhì)量水平、應(yīng)用規(guī)模、品種還是從研究水平上都有了極大的發(fā)展。例如，劉先春研究的以改性丙烯酸樹脂成膜涂料，郭年華研制的聚氨酯改性高氯化聚乙烯反射涂料，張敏研發(fā)的利用鱗片狀鋁粉為顏料的水性反射性隔熱涂料等。尤其是改性丙烯酸樹脂成膜涂料，無論是在建筑物的保溫性能方面，還是在節(jié)能環(huán)保方面，都取得了極大的實踐和應(yīng)用成果，在很大程度上推進了我國建筑企業(yè)節(jié)能環(huán)保的發(fā)展[10]。

4 結(jié)語

環(huán)保保溫隔熱涂料的有效應(yīng)用可以對建筑起到良好的保護作用，延長建筑的使用壽命，達到節(jié)能減排的目的。保溫隔熱涂料性能的顯著改善，為今后大規(guī)模應(yīng)用發(fā)展提供了廣闊的前景。低成本、多功能、節(jié)能環(huán)保的保溫隔熱涂料必將是未來建筑涂料的主要發(fā)展方向。因此，我國須加大對環(huán)保節(jié)能保溫涂料的研究力度，改善工藝和配方，促進建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。