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中国保温防水展

建筑隔热涂料的发展趋势

2017-06-01

  在我国,建筑能耗(建筑物在整个生产和使用过程中的能耗)连同其维护结构材料生产能耗已占到全国能耗总量的30%左右。伴随着我国城市化建设的推进,建筑能耗在能耗总量中所占的比例也将持续增加,建筑节能(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)将成为提高社会能源使用效率的首要任务。建筑节能材料中隔热保温涂料因经济、使用方便、环保和节能效果好等优点而越来越受到人们的青睐,发展前景光明。

  1 建筑隔热涂料及其分类

  涂刷在建筑物表面能起到隔热保温作用的涂料称为建筑隔热涂料。建筑隔热涂料根据隔热机理和隔热方式的不同被分为阻隔型隔热涂料、反射型隔热涂料和辐射型隔热涂料3类。这3类涂料的隔热机理不同,应用场合和效果也各不相同。

  1.1 阻隔型隔热涂料
  阻隔型隔热涂料是通过对热传递的显著阻抗性达到隔热目的的涂料。热传递是通过对流、辐射及分子振动热传导3种途径来实现的。材料导热系数的大小是其隔热性能的决定因素,材料导热系数越小,隔热性能就越好。这种类型的涂料通常以表观密度小、内部结构疏松、气孔率高以及含水率小的材料作为轻骨料。依靠黏结剂的作用使其结合在一起,直接涂抹于设备或者墙体的表面达到隔热的效果。

  阻隔型隔热涂料原材料易得,生产设备简单,投入少、产出大,施工方便。其缺点是对降低对流和辐射传热效果差且保温层较厚,吸水率高,不抗振动,使用寿命短。此类隔热涂料只能减缓热量传递的速度,不能减少热量的传递,经过长时间的太阳光照射依然会使室内温度上升,同样,当室内温度高于室外温度时,也会通过热传导的方式将热量传递出去,因此这类隔热涂料只适用于冬季寒冷,且温度偏低时间较长、夏季高温时间较短的地区。

  1.2 反射型隔热涂料
  反射型隔热涂料是通过选择合适的树脂、金属或金属氧化物颜填料及生产工艺来制得高反射率的涂层反射太阳热,以达到隔热的目的。通过将部分光和热反射出去,防止热量通过涂膜传导至室内,引起室内温度升高。

  反射型隔热涂料与各种基材附着力好,耐候性强,一般所用的溶剂无刺激性气味,大大减少了施工对环境的影响,且隔热效果较阻隔型隔热涂料明显。但其隔热性能与涂膜表面平整度有很大关系,涂膜表面越光滑,隔热效果越好,同时,隔热效果与涂膜厚度也有一定的关系,且在一定的厚度范围内,涂膜反射率随着涂膜厚度的增加而提高。此类保温隔热涂料隔热效果明显,保温效果较差,对于冬季寒冷天气较短,夏季酷热天气较长的地区效果最好。

  1.3 辐射型隔热涂料
  辐射型隔热涂料是通过辐射的形式把建筑物吸收的太阳光和热量以一定的波长发射到空气中,从而达到良好的隔热降温效果。辐射型隔热涂料不同于阻隔型隔热涂料和反射型隔热涂料,因为后两者只能减缓但不能阻挡热量的传递。当热量缓慢地通过隔热层和反射层后,内部空间的温度缓慢地升高,此时,即使涂层外部温度降低,热能也只能困陷其中。而辐射型隔热涂料却能够以热发射的形式将吸收的热量辐射掉,从而促使室内与室外以同样的速率降温,所以也适用于夏季酷热天气较长的地区。

  辐射型隔热涂料由于原材料的选取和烧结工艺比较复杂,要想达到稳定的发射率还需进一步地深入研究。由于这类涂料成本较高,所以在建筑物上的应用也较少。

  另外,据报道,郑其俊等人综合利用上述3种原理制成了具有高辐射率的薄层隔热保温涂料。该涂料的综合性能优异,尤其是反射率达到85%以上,且干燥后的涂膜与基材的附着力好,表面光泽高,该涂料干燥快、施工方便、涂膜无接缝、兼具隔热和防水功能。由此可见,采用复合技术后的隔热涂料无论在涂料性能还是施工方面都得到了很大的提高,也代表了未来该类涂料的发展趋势。

  2 建筑隔热涂料的发展及研究现状

  近几年,国内外建筑涂料无论从品种、规模应用、质量水平还是研究水平方面都有了很大的发展,建筑涂料是国外涂料中产量最大的一种。美国建筑涂料占涂料消费量的50%以上;日本建筑涂料产量占涂料产量的40%左右;2008~2010年,我国建筑涂料产量连续3年达到20%以上的增长率。2009年,我国涂料总产量达755.44万t,首次跃居世界第一,2011年,全国涂料总产量首次突破千万吨大关,其中,内外墙涂料占涂料总产量的36%左右,如果加上地坪涂料、防水涂料等,建筑涂料产量占到46%左右。从目前的发展势头来看,今后几年建筑涂料消费市场将保持较高增长速度,前景广阔,而建筑隔热涂料将是今后的发展方向。

  2.1 国外研究现状
  在国外,隔热涂料的研究报道较多,研究也比较深入,已有大量文献和应用情况的报道。N.M.Nahar等人在对干旱地区太阳光的冷却技术进行研究后发现,涂有反射涂层的测试室内的温度比未涂反射涂层的测试室内的温度低得多。R.Neil采用马来酸二丁酯-乙酸乙烯共聚物为成膜物质,通过加入一种GeramicSul32珠光隔热剂制得了隔热性优良的水性隔热涂料。M.J.Wang研究了复合粉体的性能,他们在氧化锆陶瓷球表面包覆一层致密的硅酸钾,并测试了复合粉体的散射率以及反射率,研究表明,光的散射率和反射率与包覆层的厚度和陶瓷球的大小有关。制备的复合粉体与相同尺寸的金红石型氧化钛颜料以及通用的陶瓷球相比具有更加优异的效果。美国太阳能集团公司的研究人员宣称,他们研制出一种隔热涂料,其隔热效果是标准金属薄膜的85%~95%,用于楼顶层房间,室内温度可降低5.5~14.5℃,也就意味着可以节约8%~12%的空调费,而在冬季,它可以阻止热辐射流逸出屋外,这样就又可以节约1%~2%的取暖费用。美国专利US6017981开发出一种红外反射涂料,是以水稀释型丙烯酸树脂为基料,钛白粉、铬黑、铁红等为颜料,滑石粉、云母粉等为填料组成,涂于白色底漆上形成干膜厚45μm的涂层,对1200~2000nm红外线的反射率大于50%。

  2.2 我国研究现状
  我国建筑保温隔热涂料是在20世纪80年代末开始发展和应用的,当时主要研制应用于一些形状不规则的高温管道、设备表面的保温隔热涂料。

  硅酸盐复合保温隔热涂料具有来源广,耐高温等优点,是最早发展起来的。到90年代,人们在硅酸盐复合保温隔热涂料的基础上开发了用于内墙墙面的隔热涂料,并根据内墙墙面的环境情况,改变了基料以无机类材料为主的情况,而是采用聚乙烯醇缩醛胶、合成树脂乳液等有机基料为主的胶黏材料,有的涂料用有机材料代替了无机粗质轻填料。

  近年来,外墙隔热受到重视,关于隔热涂料的研究报道也很多,刘先春以改性丙烯酸醇酸树脂为主要成膜物质,并与颜料、溶剂和助剂配合制得表面隔热涂料,这种涂料具有优异的物理化学性能和极强的亮度,对太阳热的反射率高,可以明显地降低房屋表面的温度。郭年华研制了聚氨酯改性高氯化聚乙烯反射涂料,试验结果表明,涂料的热反射率与面漆所用的基料以及颜填料等都有关。他还介绍了聚氨酯固化含羟基的丙烯酸改性氯乙烯树脂热反射涂料的研制情况,简述了涂料组成中各种材料的选择原则及其配方和产品技术指标。张敏采用鳞片状铝粉为颜料制得了一种综合性能优良的水性反光隔热罩面涂料。广东省廉江市星恒高效涂料开发有限公司总裁张炳强先生发明了一种楼面隔热防水涂料,经广泛使用,楼面隔热效果基本达到100%,大大震撼了科技界和经济界。沃群鸣详细研究了红外辐射的原理,对比了镀有铝膜的聚氟乙烯薄膜及其辐射性能,选择的红外辐射填料为在硅酸盐结晶相中加入氧化铝、氧化钛等。

  3 建筑隔热涂料的发展趋势

  近年来,建筑涂料业发展迅速,随着有机高分子树脂合成技术和纳米材料技术的发展,伴随高科技的应用,新的品种不断地被开发出来,从整个涂料的发展来看,显现出以下几种发展趋势。

  (1)向着施工方便的方向发展。传统的施工方法需要反复涂抹才能达到一定的厚度,浪费大量的时间,为此,如何研发出方便施工,一次涂抹即能达到一定厚度的涂料将是建筑涂料研究的重点。

  (2)向环保型涂料方向发展。由于环保法规的日益严格,以及人们生活水平的不断提高,人们对涂料的要求也在不断提高,环保型涂料将是建筑涂料的重点发展方向。水性涂料以水为溶剂,几乎不含有毒物质,粉末涂料完全不用溶剂,是一种既节省资源而又无毒无污染的建筑涂料新品种。

  (3)向复合型隔热涂料方向发展。综合反射型、辐射型、阻隔型隔热涂料的优点,研发出多种隔热机理综合作用的建筑隔热涂料,这也是未来隔热保温涂料的发展方向。

  (4)合成树脂涂料将获得越来越广泛的应用。在合成涂料中,醇酸涂料和氨基醇酸涂料的使用比例正逐渐缩小,而质量较高的丙烯酸涂料、环氧树脂涂料、聚氨酯涂料及各种水溶性树脂涂料呈增长趋势,油性涂料目前正面临被淘汰的绝境,所以开发性能优异的树脂仍是广大研究人员面临的难题。

  (5)多功能性建筑涂料越来越受到重视。建筑隔热涂料除了对建筑物具有保温隔热作用外,还应有其它附加功能,如涂料的防水防渗功能、高耐污功能、防碳化、防霉、杀菌、抗静电、防火阻燃、隔声等功能。
 
  4 结语

  虽然近几年我国建筑涂料发展迅速,但我们也要看到存在的问题,例如对于建筑隔热涂料的性能指标以及隔热性能的测试,国家尚无相应的评价标准。目前关于反射隔热涂料的标准大致有GB/T25261—2010《建筑用反射隔热涂料》,JG/T235—2008《建筑反射隔热涂料》,JC/T1040—2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》,GJB1670—1993GF-I《热反射涂料规范》,标准规定的关键指标仅仅是太阳反射比(也称反射率)和半球发射率,因而对于涂料隔热效果的评价有待制订完整的评价标准。还有,对于外墙隔热保温涂料,目前研究较多的是反射型建筑隔热涂料,并且已得到了产业化,但由于在红外辐射原理和测试手段方面存在理论缺陷,目前红外辐射型隔热保温涂料还处于实验室研究阶段,实际应用不多,所以实际应用性研究也将是我们研究的热点。

  总之,随着科学技术的飞速发展,人们对隔热机理将有更深入的研究,发现更多的新型隔热材料,隔热涂料将朝着更加多元化的方向发展,大力发展建筑隔热节能涂料及相关技术具有广泛的应用前景。

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