彩色太阳热反射涂料

彩色太阳热反射涂料（共3篇）

彩色太阳热反射涂料 篇1

太阳热反射涂料是对太阳热辐射具有高反射率的涂料,涂覆在需隔热降温物体外表面,降低物体温度,节能环保效果好,生产涂装成本低,在建筑、交通运输、石油化工和军事装备等领域广泛应用。

传统太阳热反射涂料多用金属粉末或白色颜料(如二氧化钛和氧化锌等)作为主要颜填料,一般为白色,反射率高隔热性能好。但白色太阳热反射涂料耐沾污性差,易变色,色调单一。建筑外墙涂装为了美观需要多种颜色搭配,军事装备为了隐身对外表面的颜色要求更加严格,因此彩色太阳热反射涂料的研发成为必然趋势。

1 太阳热反射涂料的作用机理

太阳辐射到地球的能量主要集中在可见光和红外光区,这两个波段的能量占太阳辐射总能量的95%,如表1所示。

一般物体对外来能量有反射、吸收和透过三种响应方式。定义反射率为ρ,吸收率为ε,透过率为τ,则它们的关系如式(1)所示:

大部分涂层都不透明,则τ=0,得到式(2):

大气对红外辐射2.5~5μm和8~13.5μm两个区域的吸收能力较弱,透过率大于80%。太阳热反射涂料通过反射太阳辐射中的可见光和红外光(0.4~0.72μm),并将吸收的能量以红外辐射的方式从2.5~5μm和8~13.5μm两个窗口发射出去,同时涂料中的阻热材料能够降低热传递,降低被涂覆物体的温度[1]。

2 国内外研究进展

2.1 国外研究进展

美国开展彩色太阳热反射涂料的研究较早,在建筑外墙中积极推广应用,取得了很好的环保效果。

由美国加州能源委员会(California Energy Commission,简称CEC)和伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley NationalLaboratory,简称LBNL)联合进行了为期3年的多色彩高反射型屋顶材料研究,建立了百余种常用颜填料的数据库,对反射率、吸收率、透射和散射系数等数据进行测试和积累,建立了一系列理论模型[2-3]。

American Roof-tile Coatings公司开发的建筑用多色系近红外反射涂料,可以减低屋面温度和建筑热负荷,Levinson等[4]在美国加州地区测试,结果显示,此涂料能够使屋面温度下降5~14K,使峰值屋面热流减小13%~21%。

部分美军装备也涂装了具有反射隔热性能的迷彩涂料,海湾战争中美军坦克顶部涂敷的黄棕色Tan686伪装涂料红外反射率为45%,同类产品Tan686A红外反射率为70%,使用这种涂料的车辆或掩蔽所内部的温度下降8.4℃[5]。

2.2 国内研究进展

和传统外墙涂料相比,彩色太阳热反射涂料成本较高,在我国建筑领域并未广泛应用,只有部分有特殊需要的建筑上使用。孙顺杰等[6]选用复合无机颜料和硅改性丙烯酸乳液,制备的深灰色外墙涂料和相同样色的传统涂料相比,太阳光反射比从原来的0.092提高到了0.297,相同条件下放置1h和1.5h隔热温差达到8.5%和8.7%。

我国将此类涂料涂装在需要隔热降温的各种罐体和军用车辆舰船上,降温效果良好,颜色符合要求。

孙元宝等[7]选择合适的近红外透明颜料,制备的草绿色涂料在950~1650nm内的平均反射率74.2%,最高达79%,深绿色涂料红外反射率最高达到74.4%,能使被涂覆物表面温度降低10~15℃,内部温度降低8~10℃,使油罐中油面10cm处温度下降4~5℃。

郭年华[8]以丙烯酸改性氯乙烯树脂为基体,通过有机和无机颜料复配来替代炭黑,制备的舰船用海灰色涂料反射率在75%以上。

3 彩色太阳热反射涂料研究要点

彩色太阳热反射涂料由树脂、颜料、填料和各种助剂溶剂组成,其中对涂料的反射隔热效果和光学性能影响最大的是颜料和填料。因此,颜填料研发就成为影响此类涂料发展的要点。

3.1 彩色高反射颜料

大部分彩色颜料反射率低,炭黑、铁红、铬黄等对可见光和近红外有强吸收,几乎没有反射。因此,能满足多种色彩要求的高反射率颜料就成为研究热点。

掺杂半导体颜料是一类很好的高反射材料,它由金属氧化物(主体)和掺杂剂(载流子给予体)构成,从理论上说,通过控制载流子的密度、迁移率和碰撞频率等参数,可控制此类颜料的红外反射谱,改变反射率。

复合无机颜料(CICP)是金属氧化物及可溶盐等按一定比例混合后经高温煅烧处理制备的,通常含有镍、锰、铬等金属离子。CICP颜料红外反射性能优异,颜色丰富多样。其中“酷冷”系列颜料可制备合乎美国环境保护局规定(需反射25%太阳能)的绿色、蓝色、红色等其他颜色的涂料,可使屋顶温度降1~6℃。

巴斯夫公司的黑色红外反射颜料Paliogen?Black和Lu-mogen?Black的红外反射率达到45%,Sicopal?Black的反射率也达到30%,和传统的炭黑颜料5%的红外反射率相比,红外反射性能大大提高。

Ferro公司的Eclipse复合无机冷颜料中两个黑色PBLK-12(钛铁黑)和PG-17(铁铬黑)在透明涂料体系中的TSR数值已经超过30%,拓宽了冷涂料在深色和黑色涂料体系中的应用[9]。

苏达根等[10]采用酞菁染料(直接耐晒翠蓝GL)包覆金红石型TiO2制备蓝色系列红外热反射复合颜料,含此蓝色复合颜料的涂层其红外反射率高达81.5%,和同种颜色的普通涂层相比,反射率提高37.9%,被涂覆物体的温度降低13.6%。

3.2 微球填料

太阳热反射涂料用功能填料中应用最广泛的是各种微球填料,从材料上分有陶瓷微球、玻璃微球和聚合物微球等,从结构上分有实心和空心两种。目前,微球填料最大能够反射80-90%的太阳光辐射热能,通过适当控制微球粒径、结构、表面状态、加入量和分散效果等,可以在不影响颜料颜色的基础上大幅提高涂层的反射隔热性能。

实心微球填料中陶瓷微球应用较多。日专利[11]中研制出一种粒径在1μm以下的陶瓷填料(由二氧化钛、氧化锌、氧化镁、二氧化硅、氧化铝组成),这种材料具有导热系数和比热小的特点,最佳粒径在0.2-0.5μm,用量可在20-200%之间调整。

空心微球中的玻璃微球大部分都进行了表面包覆处理,反射隔热效果大大提高。宿梅香等[12]采用非均相沉淀法制备TiO2包覆空心微珠,700℃煅烧得到锐钛型TiO2层,800℃以上开始转变为金红石型TiO2层,热反射效果明显。徐长伟等[13]用双覆层包膜法对空心玻璃微珠表面进行双层覆膜,首层为高光泽度的TiO2薄膜,散射入射光,二层为有色Fe2O3膜,吸收部分入射光,因此该双包覆空心玻璃微球按照10-15%添加到涂料中,涂层的热反射率提高17%左右。王育华等[14]利用乳液聚合法将聚苯乙烯包覆在空心微珠表面,制备了核壳结构的复合粒子,按照质量分数的3.0-5.0%添加复合粒子的涂层热反射率达到89.0%。

3.3 相关性能参数及检测方法

太阳热反射涂料在实应用之前必须考察其降温隔热效果,选择合适的性能参数和测试方法非常重要。目前,太阳热反射涂料的性能参数使用最多的是太阳反射比、半球发射率和隔热因子。

3.3.1 太阳光反射比

太阳光反射比(solar reflectance)反映了太阳热反射涂料在整个波长范围内250-2500nm反射太阳辐射的能力。可按照《GJB 2502-1996》中的方法210 进行测试计算,《GB/T25261-2010》规定了建筑用反射隔热涂料的太阳光反射比≥0.80,一般针对浅色系(白色)涂料,深色系涂料可按设计要求调整指标。陆洪彬等[15]研究了用自制简易装置和紫外-可见-近红外分光光度计测定太阳热反射涂料反射比的步骤与计算方法,通过350-2100nm波长范围内的加权平均计算得到反射比。

国外考察的太阳能反射比(Total Solar Reflectance,简称TSR)和太阳光反射比接近,反映了300-2500nm范围内反射的和入射的光通量比值。美国材料与试验协会制定了薄片材料太阳能反射比标准测试方法(ASTM E 424-71-2007)[16],规定了薄片材料的太阳能反射比公式和计算方法,能够比较真实地放映涂层对太阳能的反射能力。也可参考ASTM C1549-02或ASTM E903-2012两个试验方法进行测试。

3.3.2 半球发射率

半球发射率(hemisperical emittance)半球发射率是热辐射体在半球方向上的辐射出射度与处于相同温度的全辐射体(黑体)的辐射出射度之比值。可按照《GJB 2502-1996》中的方法310进行测试计算,《GB/T 25261-2010》规定了建筑用反射隔热涂料的半球发射率≥0.80。半球发射率也可参考ASTMC 1371-04进行测试。

3.3.3 实际隔热降温效果测试

太阳反射比和半球发射率可以用来表征反射隔热涂料对太阳热辐射反射和阻隔效率的高低,当涂料涂装在需要隔热降温空间的外表面时,基材的导热系数、周围环境温湿度和空气对流状况等因素都会对涂层的隔热降温效果产生影响,因此我们还需要引入反映实际应用效果的参数来表征涂料性能。

蒋荃等[17-18]设计了一套金属屋面板材隔热性能测试仪,建立了相应数据指标计算方法,用隔热因子直观显示出涂料的隔热降温效果,弥补了太阳反射比和半球发射率的不足。涂装后建筑物的实际隔热效果也可以参考ASTM D4803-2010进行测试。

4 彩色太阳热反射涂料的发展方向

截止目前,彩色太阳热反射涂料的研究和生产应用已经取得了很大的进步,经济和社会价值得到了认可,应该继续提高涂料性能,拓宽应用领域:

(1)彩色高反射颜料性能提高。目前很多彩色高反射颜料反射率比较低,生产成本高,限制了应用。开发高性能低成本彩色高反射颜料是今后发展的趋势;

(2)微球填料的微结构设计。目前的微球填料普遍存在添加量有限、和涂料相容性不好、反射隔热效果有限等问题,要解决这些问题可以将纳米技术和相变微胶囊等技术应用到微球的结构设计中,提高表面状态和热力学性能,这样在保证涂料力学和光学等各项性能的同时可以更好地提高涂料的反射隔热效果;

彩色太阳热反射涂料既能够满足节约能源和环保要求,又能够兼顾外观性能,未来在生产生活和国防科技等多个领域都将有更好的发展。

摘要：针对多个领域对彩色太阳热反射涂料的需求,简要分析了此类涂料的作用原理和国内外研究情况。重点介绍了此类涂料研究中的几个要点,包括彩色高反射颜料、微球填料和相关性能参数及检测方法。在今后的发展中,提高彩色高反射颜料的反射性能和降低生产成本,将纳米技术和微胶囊技术应用到微球填料的制备中,可以继续提高涂料性能并拓宽应用领域。

关键词：彩色太阳热反射涂料,彩色高反射颜料,微球填料

新型建筑太阳热反射涂料的制备 篇2

2011年7月19日,国务院公布了《“十二五”节能减排综合性工作方案》,明确在建筑等四大领域“十二五”期间节能减排工作的总体部署。节能涂料用于建筑物表面可以有效地降低建筑物表面及内部的温度,并能缓解建筑物表面温度变化,对建筑物有良好的保护作用。节能涂料属于功能性建筑涂料,按其节能原理的不同可分为阻隔型、辐射型、反射型节能涂料,3种涂料的隔热机理不同,性能特点、应用场合及节能效果也不相同[1]。反射型节能涂料主要通过对太阳热的反射降低表面温度,达到节能目的。目前反射型节能涂料大部分为丙烯酸涂料,随时间变化,丙烯酸涂料的耐沾污性缺点便显现出来,一般3年内反射效果将降低50%,在部分空气污染严重的城市,不到2年反射效果会降低50%。本文重点进行氟碳与丙烯酸节能涂料的耐沾污性能对节能效果的影响及耐人工老化性能的比较,并优化颜填料,制备了耐沾污性优异的反射型节能涂料。

1 试验

1.1 主要原材料及仪器设备

氟碳乳液:分别来自国内外3个厂家;R902金红石型二氧化钛:杜邦公司;空心玻璃微珠:VS5500,美国3M公司;陶瓷微粉:W410,美国3M公司;重钙:CC-800,江西广源;高岭土:HY-T-80,山西正阳;滑石粉:800目,北京科兰粉体有限公司;助剂:工业级,均为市售。

QWX-涂层耐沾污试验机、ATLAS-Ci4000氙灯老化箱、WRNK-010针状触点温度探测仪、SF04高速砂磨搅拌机、C84-III反射率测试仪、STM-IV斯托默黏度计、JA2003A电子天平、自制测温装置。

1.2 热反射涂料的基本配方(见表1)

1.3 热反射涂料的制备工艺流程(见图1)

按图1将一定量去离子水及各种助剂加入到研磨机的搅拌罐中预分散,然后加入填料,高速搅拌得到浆料。向浆料中加入乳液及增稠剂,在电动搅拌机作用下低速搅拌,过滤后得到太阳热反射涂料。

1.4 隔热性能测试方法

隔热性能测试装置参照JG/T 235—2008《建筑反射隔热涂料》中6.6自制,测试装置如图2所示。

隔热性能测试的基板为纤维增强硅酸钙板,试板尺寸为360 mm×360 mm×5 mm,测试时放置在加热灯垂直距离30 cm处,涂有涂层的试板面向外,将WRNK-010针状触点温度探测仪放置试板的内测。测温时保持外界环境温度一致,每隔一定时间记录测试温度,当温度恒定不变时停止记录[2]。

2 结果与讨论

2.1 乳液的选择

为了保持反射型节能涂料的反射效果,选择的树脂必须具有超强的耐沾污性和耐候性[3]。本文选择了丙烯酸乳液及国内外3个厂家的氟碳乳液(分别为国内1、国外1和国外2),按照表1的基本配方制备了热反射涂料,并测试了涂料的耐沾污性能,结果见表2。

由表2可以看出,氟碳乳液的耐沾污性能均优于丙烯酸乳液。氟碳树脂中氟原子电负性最高,氟碳键能比其它化学键能大,键距最短,氟原子紧密地包围着碳碳主键,形成一个螺旋的结构,不宜被化学介质破坏;氟原子遮蔽了碳碳键之间的正电效应,使它具有非常小的聚合能和低表面张力,使氟碳树脂具有耐沾污的性能。同时,3个厂家的氟碳乳液的耐沾污性能也略有差别,原因在于氟碳的含量不同,国外2氟碳乳液的氟含量最高(20%),因此耐沾污性能也最好。

2.2 功能填料的选择

反射节能涂料主要是通过对太阳光的反射达到节能目的,太阳光热能量分布为紫外光5%,可见光45%,近红外50%[4]。本文比较了3种热反射粉体在不同光区的平均反射率(见表3)。

由表3可以看出,金红石钛白粉的近红外平均反射率和可见光平均反射率与陶瓷微粉相差不多,在紫外光平均反射率虽然最低,但是紫外光能量只占到5%,综合价格因素,本文选择金红石型钛白粉。

2.3 颜基比的优化

合理的颜基比不但赋予涂料优异的理化性能,而且可以将成本降到最低[5]。本文选择了5种比例的颜基比进行对比试验,主要考察它们对耐沾污性能和隔热温差的影响,结果见表4。

由表4可以看出,当颜基比大于0.625时,耐沾污性能下降;隔热温差却随着颜基比的增大而升高。主要原因可能是,当颜料较少时,乳液能够将颜料全部包覆,颜料颗粒直接充满乳液,此时耐沾污性能只取决于乳液本身,但是当颜料不断增大时,乳液不能完全包覆颜料颗粒,使部分颗粒暴露出来,此时耐沾污性能取决于乳液本身和颜料的暴露程度,所以耐沾污性能下降。另一方面,隔热温差主要取决于颜填料对太阳热的反射,随着颜料的增加,在一定范围内,反射更多的太阳热量,隔热温差增大。综合耐沾污性能及隔热温差,本文确定颜基比为0.625。

2.4 耐沾污试验前后的隔热效果比较

将制备的氟碳节能涂料与美国某厂家的丙烯酸节能涂料进行了耐沾污前后的隔热效果比较,耐沾污试验按JG/T235—2008中规定的方法进行。氟碳节能涂料和丙烯酸节能涂料耐沾污前后温箱几何中心的温度变化曲线分别见图3、见图4。

由图3、图4可以看出,氟碳热反射涂料耐沾污试验前后温度最大变化为1~2℃,丙烯酸热反射涂料温度最大变化为4~5℃,说明氟碳热反射涂料较丙烯酸热反射涂料有更持续的反射隔热效果。

2.5 耐人工老化性的比较

将制备的氟碳节能涂料与美国某丙烯酸节能涂料进行耐人工老化性比较。试验结果表明,经2000 h人工老化后,氟碳节能涂料无异常,而丙烯酸节能涂料出现气泡(分别见图5、图6)。

由图5、图6可以看出,自制的氟碳节能涂料与美国某丙烯酸节能涂料相比具有更优异的耐老化性能。

2.6 太阳热反射涂料的性能

经测试,自制氟碳热反射涂料的性能符合JG/T 235—2008标准要求。测试结果见表5。

3 结语

(1)比较了丙烯酸乳液及国内外3个厂家的氟碳乳液,结果表明,氟碳热反射涂料的耐沾污性均优于丙烯酸热反射涂料,且与氟含量有关。

(2)比较了氟碳热反射涂料与丙烯酸热反射涂料耐沾污试验前后的节能效果,表明氟碳热反射涂料较丙烯酸热反射涂料在耐沾污试验后有更大节能优势。氟碳热反射涂料耐沾污试验前后温度最大变化为1~2℃,丙烯酸热反射涂料温度最大变化为4~5℃。

(3)自制的氟碳热反射涂料的性能符合JG/T 235—2008标准要求,耐沾污性和耐老化性优异,性价比高,具有一定的竞争力。

摘要：太阳热反射涂料涂装于建筑物表面可以有效地降低建筑物表面温度,对建筑物有良好的保护作用,它的应用对于改变生活环境和节约能源有重要的意义。选用具有优异耐沾污及耐候性的氟碳乳液为基料,通过优化颜填料的种类及数量,制备出新型太阳热反射涂料,与传统丙烯酸反射隔热涂料相比,具有优异的耐沾污性和耐老化性能。耐沾污后两者隔热温差分别降低了1.2℃和4.9℃;2000 h人工老化试验后氟碳热反射涂料涂层无变化,而丙烯酸节能涂料涂层出现气泡现象。

关键词：太阳热,反射涂料,氟碳乳液,太阳光反射比,隔热温差

参考文献

[1]张波,张建新,蔡伟.建筑节能涂料的研究[J].涂料工业,2008(11):65-68.

[2]JG/T235—2008,建筑反射隔热涂料[S].

[3]刘国杰.氟碳树脂在反射隔热涂料中的应用前景[J].建筑涂料与涂装,2011(11):21-25.

[4]古春艳,缪国元,徐锦峰.建筑节能涂料的制备及评定[J].中国涂料,2010(3):49-54.

彩色太阳热反射涂料 篇3

最近, 我走访了方元绿洲节能科技有限公司主要领导郭宪强、李兆丰 (联系电话:15901439588、13801246042) , 他们介绍了自主研发生产的“鹏云”牌FYFS-10系列太阳热反射隔热涂料, 它的节能减排效果令人叫绝。凭着对太阳辐射全波段≥0.90的反射率, 和≥0.87的半球发射率, 这两项抑制温度传导的关键指标, 可使被涂刷过的物体在自然条件下, 被动式地抑制物体表面和内部温度的升降幅度, 达到“冬暖夏凉”, 在一定程度上, 调节被涂物体或建筑内部环境, 提高生产、工作和生活的安全性和舒适度。以该公司几年前在中国西北某地粮食储备库涂装使用结果为例:当地气候条件为大陆型夏热冬冷气候区, 昼夜温差平均在10℃以上, 建筑式样为彩钢拱形板屋面粮仓, 长60米, 宽30米, 檐高4.5米, 顶高7.5米, 外墙为86cm砖混砌墙, 屋面为白色彩钢拱形板内3cm聚氨酯发泡保温层。他们将太阳热反射涂料直接喷涂在屋面白色彩钢板外表面, 与涂装普通白漆的粮仓作持续对比, 其对比观测记录中显示:在气温平均-6.2℃的寒冷季节, 仓内粮温平均比对照仓内温度高2.6℃。在气温平均19.5℃的夏季, 仓内温度平均比对照仓内温度低7.7℃。这样一个双向抑制温度升降的幅度, 如果作用在工业厂房或民用建筑之上, 其产生的效果将大大减少建筑物用于调温的能耗。美国能源部长朱棣文在一篇讲话中指出“屋顶覆以60%以上反射率的白色材料, 可使一座建筑节能20%。一座顶面积90m2的建筑物如果使用这样的白色屋顶, 环保效果相当于每年减少10吨二氧化碳排放量”。以此推算, 如果使用“鹏云”牌FYFS-10系列太阳热反射涂料, 因其反射率远远高于60%, 其节能减排功效将会更高。

据介绍, 该公司在解决屋顶节能涂装的基础上, 还有适合于建筑内外墙和门窗玻璃的节能涂料, 能够对建筑物形成无缝隙全覆盖涂装。该公司以其完善的产品、成熟的工艺和行业排头兵的优势, 被联合国工业发展组织绿色建筑专家委员会确定为重点推荐产品, 同时成为中国建筑节能评价体系PKPM的入库产品, 并获得国家有关部门联合承认的“绿色之星”称号。若这种涂料能普遍应用于广大城市和乡村, 那么全球的二氧化碳排放将会以天文数字减少, 为我们重新塑造美好的地球家园, 发挥出无与伦比的巨大作用。