隔熱涂料的前世今生

隨著城市化進(jìn)程加快，能源不足的現(xiàn)象日益突顯，國家規(guī)定自2008年起，新建住宅必須采用隔熱保溫措施，截止到2015年，新增綠色建筑面積必須達(dá)到10億平方米以上。在此政策下，節(jié)能型建筑隔熱材料獨樹一幟，其“代表作”隔熱保溫涂料因豐富多種，且經(jīng)濟(jì)、實用和隔熱性好受到人們青睞。隔熱涂料是一種近年來發(fā)展的新型功能涂料，將其用于建筑物表面可達(dá)到降低建筑物內(nèi)部溫度，減少能源消耗的功能。根據(jù)隔熱方式不同，隔熱涂料被分為阻隔型隔熱涂料、反射型隔熱涂料、輻射型隔熱涂料3種類型。

一、阻隔型隔熱涂料

阻隔型隔熱涂料，是一種通過熱傳遞的阻抗作用來實現(xiàn)隔熱的被動式降溫涂料。它一般采用低導(dǎo)熱率的組合物或在涂膜中引入熱導(dǎo)率極低的空氣，以獲得良好的隔熱效果。阻隔型隔熱涂料具有堆積密度小，導(dǎo)熱性能低、介電常數(shù)小、耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點。它多選擇耐候性好、韌性好、膜性好的基料，并輔以合適的分散劑、阻燃劑、成膜助劑等，將隔熱骨料粘結(jié)在一起，涂覆于設(shè)備或墻體表面，從而形成一定厚度的保溫層，以達(dá)到隔熱保溫功能。

應(yīng)用較為廣泛的阻隔性隔熱涂料是硅酸鹽類復(fù)合涂料，這類涂料發(fā)展起源于20世紀(jì)80年代末，它最初以松解過的海泡石作為主要原料，以水玻璃為主要黏結(jié)劑。后來，除使用海泡石外，還加入大量膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、漂珠、粉煤灰、硅藻土、石棉、玻璃棉、礦棉、硅酸鋁纖維等。此外，它所用的黏結(jié)劑也由單一的水玻璃過渡為石膏（常溫）、水泥（常溫）、高鋁水泥（中溫）、硅溶膠（高溫）等材料。同時，它還添加大量外加劑以改善涂料性能，如流動性、硬化性、憎水性、耐高溫性、反射性等，經(jīng)過機(jī)械打漿、發(fā)泡、攪拌等工藝制成膏狀保溫涂料。

隨著人民生活水平的逐步提高，以及我國對于建筑物保溫節(jié)能工作政策性指導(dǎo)的不斷加強(qiáng)，保溫涂料將更多地應(yīng)用于建筑物內(nèi)墻的保溫隔熱。復(fù)合硅酸鹽保溫涂料雖然得到較大認(rèn)可和廣泛使用，但也存在部分缺陷。其主要表現(xiàn)為：1、干燥周期長，施工受季節(jié)和氣候影響大；2、抗沖擊能力弱；3、干燥收縮大，吸濕率大；4、對墻體的黏結(jié)強(qiáng)度偏低，若施工不當(dāng)易造成大面積空鼓現(xiàn)象；5、裝飾性有待于進(jìn)一步改善。正因為如此，人們也嘗試用石蠟來生產(chǎn)建筑保溫隔熱材料，采用石蠟微膠囊化來解決石蠟的耐久性和對環(huán)境的污染問題。

二、反射型隔熱涂料

通過反射可見及紅外光形式，把太陽光能量加以隔絕的涂料稱為反射隔熱涂料。通過太陽光譜能量分布曲線可知，太陽能絕大部分處于可見光和近紅外區(qū)，即400～1800nm范圍，約占太陽輻射能95%。在該波長范圍內(nèi)，反射率越高則涂層的隔熱效果越好。因此，通過選擇合適的樹脂、金屬或金屬氧化物顏填料和生產(chǎn)工藝，可制成高反射率的涂層，以更好地反射可見及紅外光，達(dá)到最佳隔熱效果。

在我國，噴淋裝置、空調(diào)、冷氣機(jī)和電風(fēng)扇等降溫制冷設(shè)備所耗能量，占全年總能耗的一半多。采用太陽熱反射涂料，能克服或緩解以上問題，因此市場前景廣闊。這類涂料的研究也是熱點，例如以水性丙烯酸樹脂為成膜基料，用金紅石型鈦白粉、硫酸鋇、空心陶瓷微珠作隔熱材料，制備反射型隔熱涂料的熱反射率達(dá)到92%，對紅外線的反射率高達(dá)95%。據(jù)研究表明，當(dāng)納米二氧化鈦粉體含量3%、反射太陽光紅外線因子CICP-L含量在4%，就能讓隔熱涂層的太陽光紅外反射率大于80%。科研人員通過有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂，制成可以耐受高溫的隔熱涂料，在850℃ 條件下能夠20個小時保持不變性，且對太陽光熱輻射的反射率也大于80%。還有科學(xué)家以硅丙乳液等水性高分子材料為基料，通過添加中空陶瓷粒珠等功能性填料，制成對太陽熱反射率高、導(dǎo)熱系數(shù)低的絕熱涂料，現(xiàn)已應(yīng)用于建筑業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)屋頂和玻璃幕墻；石油工業(yè)的海上鉆井平臺、油罐、石油管道；運輸業(yè)的汽車、火車、飛機(jī)表面；造船工業(yè)的船殼、甲板。此外，它還用于坦克、軍艦、火箭、宇宙飛船等，很好地阻止了熱傳導(dǎo)，降低暴露在太陽熱輻射下裝備的表面溫度和內(nèi)部環(huán)境溫度，極大地改善了工作環(huán)境、提高了裝備的安全性能。

三、輻射型隔熱涂料

通過輻射的形式，把建筑物吸收的日照光線和熱量一定的波長發(fā)射到空氣中，從而達(dá)到良好隔熱效果的涂料稱為輻射隔熱涂料。眾所周知，大氣層的紅外輻射主要來源于大氣中的水蒸氣、二氧化碳和臭氧及懸浮微粒，起主要作用的是水蒸氣和二氧化碳。在波長為8～13nm的區(qū)域內(nèi)，水蒸氣和二氧化碳的吸收能力較弱，這讓大氣層對8～13.5nm的紅外輻射具有很高的穿透力。因此，建筑物的可以通過此波段將熱量輻射出去。由于涂料在8～13.5nm波段內(nèi)有高發(fā)射率，必須加入此波段范圍具有高峰吸收值的物質(zhì)，以增強(qiáng)輻射涂層在此波段范圍的輻射能力。而紅外輻射物吸收了輻射熱能，從而改變和加劇了分子內(nèi)部運動，使粒子能態(tài)級產(chǎn)生從高到低的熱發(fā)射，從而降低被輻射物的溫度。研究表明，在涂料中加入適量紅外粉料，可提高涂層的輻射性能，令涂層具有高發(fā)射率（e>0.9），并以紅外輻射方式將吸收的能量輻射出去，從而起到隔熱作用。

四、其他隔熱涂料的特色集錦

薄層隔熱反射涂料。薄層隔熱反射涂料通過選擇耐候性好、韌性好、耐高溫、成膜性好的基料，加入輕質(zhì)、孔隙率高、熱絕緣系數(shù)大的絕緣填料，以及反射率高、表面光潔的反射填料，再輔以合適的分散劑、阻燃劑、成膜助劑等組合制成。薄層隔熱反射涂料的熱反射率可達(dá)85%以上，多用于成品油罐及低溫容器的隔熱保溫涂料。其中，太空絕熱瓷層是根據(jù)美國航空和航天局操控航天飛機(jī)熱傳導(dǎo)的工作原理研制而成，它由一些懸浮于惰性乳膠液中的微小顆粒構(gòu)成，適用于高壓噴涂，具有良好抗熱輻射功能且無污染。薄層的隔熱、防潮、防腐蝕等綜合性能優(yōu)異，反射率達(dá)85%以上，這類涂料表面光澤度高，無接縫且干燥迅速。

真空絕熱保溫涂料。真空絕熱保溫涂料是采用真空填料制備的性能優(yōu)越的保溫涂料，優(yōu)點主要有高反射率、高輻射率、低導(dǎo)熱系數(shù)、低蓄熱系數(shù)等熱工性能。例如德國盾牌陶瓷隔熱涂料，是由極微小的真空陶瓷微珠與環(huán)保乳液組成的水性涂料，它與墻體、金屬、木質(zhì)品等基體有著較強(qiáng)黏附力，直接在基體表面涂抹約0.3mm，即可達(dá)到隔熱保溫效果。這類涂料的核心技術(shù)是真空陶瓷微珠，它的特殊結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)延展性，可有效地避免基體吸水后因熱脹冷縮而產(chǎn)生裂縫，以及因強(qiáng)光照射引起基體內(nèi)張力變化出現(xiàn)的裂縫。該涂料以前僅限于航天產(chǎn)品使用，近年來發(fā)達(dá)國家先后將該技術(shù)應(yīng)用到民用建筑和工業(yè)設(shè)施上。此外，它在化工行業(yè)中的液體儲罐、罐車隔熱，以及各種生產(chǎn)設(shè)備的表面防腐處理上，均有巨大潛力。

納米透明隔熱保溫涂料。納米透明隔熱涂料是新型隔熱節(jié)能涂料，它在可見光區(qū)能達(dá)到透明效果。將納米材料應(yīng)用于涂料，可改善涂料的性質(zhì)，賦予涂料諸多優(yōu)良特性。它主要表現(xiàn)在提高建筑涂料與建筑物表面的粘結(jié)強(qiáng)度、表面硬度、耐磨性，以及提高涂膜層耐雨水沖刷性、耐風(fēng)沙侵蝕性，從而增加涂料的使用年限。另外，納米材料還有助于增強(qiáng)建筑涂料的柔韌性，提高建筑涂料表層光潔度，并且讓涂料具備抗菌、自清潔性和凈化空氣的作用。我國在納米透明隔熱保溫涂料研制方面也有顯著進(jìn)展，如研制出了納米氧化錫銻透明隔熱涂料，它具有良好的隔熱性能，在紅外區(qū)阻隔率可達(dá)73%，對熱輻射起到有效阻隔作用。同時，將納米ATO（氧化錫銻）與水性聚氨酯組合，通過一定工藝制備出納米隔熱涂料，其可見光透過率大于63%。另外，還用有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑改性的納米氧化錫銻和空心玻璃微珠組合，采用攪拌超聲的方法合成性能優(yōu)良的隔熱涂料。目前，由南京工業(yè)大學(xué)“納米透明隔熱涂料項目組”與江蘇晨光涂料有限公司，進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作建設(shè)的我國第一個納米透明隔熱涂料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地，已經(jīng)在常州市武進(jìn)區(qū)湟里鎮(zhèn)正式啟動。

五、瞻望隔熱涂料的未來新格局

現(xiàn)有產(chǎn)品及技術(shù)的改進(jìn)提高。我們要降低成本、提高性能、擴(kuò)大品種，以滿足不同用戶需要，同時向施工簡便的方向發(fā)展，研發(fā)出只需一次涂抹的新型隔熱涂料。

研發(fā)復(fù)合型保溫隔熱涂料。一種保溫效果良好的涂料往往是兩種或多種隔熱機(jī)理協(xié)同作用的結(jié)果，各種保溫涂料各有優(yōu)缺點，充分發(fā)揮它們的特點，進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，研制出性能優(yōu)良的復(fù)合型保溫涂料。

擴(kuò)大合成樹脂涂膜研究。隨著高質(zhì)量的丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯和其他水溶性樹脂涂膜的進(jìn)一步發(fā)展，開發(fā)新型合成保溫涂料是最新研究方向。

積極開發(fā)多功能型保溫涂料。涂料不僅要具有保溫隔熱作用，還應(yīng)耐污、防水、防腐、抗靜電、阻燃、隔聲。現(xiàn)在，含納米或亞納米微孔結(jié)構(gòu)，以及采用納米材料制成的多功能性涂膜，將是未來涂料發(fā)展的新熱點。

注重環(huán)保，利用“三廢”開發(fā)保溫涂料。環(huán)境保護(hù)越來越引起世界各國的重視，保溫涂料的研制必須遵循涂料發(fā)展趨勢，向水性、環(huán)保方向靠攏，絕不使用環(huán)保法律中禁用的各類有害物質(zhì)。

數(shù)據(jù)顯示，2012年我國涂料總產(chǎn)量達(dá)到1271.875萬噸，同比增長11.79%，其中建筑涂料占37.8%。建筑隔熱保溫涂料替代傳統(tǒng)建筑涂料，能夠提高建筑節(jié)能材料的使用率，實現(xiàn)國家節(jié)能減排規(guī)劃的目標(biāo)。因此，隔熱涂料作為一種新型功能涂料，具有廣闊的市場前景和豐厚的市場份額。