建筑保温隔热涂料及其研究进展

    汪世平 ( 上海市涂料研究所 200062)
    摘要：叙述了几种隔热保温涂料的原理、组成、性能、用途及主要发展方向。
　　关键词：建筑隔热涂料；保温涂料；反射；辐射

0 引言
　　节能降耗、提高经济效益是科学研究和技术开发的基本目标之一，涂料技术也不例外。 20 世纪 70 年代后，世界气候变暖，地球能源日趋枯竭。因此，开发隔热保温涂料具有较大的现实意义。尤其是与人类生活密切相关的建筑隔热涂料。
　　据知，我国从今年起，将对新住宅规定需要采取隔热保温措施。建筑隔热材料中建筑隔热涂料因经济、使用方便和隔热效果好等优点而越来越受到人们的青睐，发展前景光明，将有望促进涂料市场和隔热材料应用领域的拓展。根据建筑隔热涂料隔热机理和隔热方式的不同，将其分为阻隔性隔热涂料、反射隔热涂料及辐射隔热涂料 3 类。

1 阻隔性隔热涂料
　　( 无机 ) 阻隔性隔热涂料是通过对热传递的显著阻抗性来实现隔热的涂料。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。
　　应用最广泛的阻隔性隔热涂料是硅酸盐类复合涂料，这类涂料是 20 世纪 80 年代末发展起来的一类新型隔热材料。我国有上百家研究单位和企业在进行保温涂料的研究工作，各生产厂对产品的称呼不尽相同，如“复合硅酸镁铝隔热涂料”、“稀土保温涂料”、“涂覆型复合硅酸盐隔热涂料”等，涂料配方、施工方法各异，性能，如快干速硬、防水憎水等也各不相同，但均属硅酸盐系涂料。主要由海泡石、蛀石、珍珠岩粉等无机隔热骨料、无机及有机粘结剂及引气剂等助剂组成。经过机械打浆、发泡、搅拌等工艺制成膏状保温涂料，参考配方见表 1 。

表 1 复合硅酸盐隔热保温涂料参考配方
原材料 无机纤维 轻质骨料 增稠剂 助剂 粘结剂 水
用量 /kg 30~100 70~120 5~10 适量 6~15 600~750

　　国家质量技术监督局于 1998 年 5 月发布了硅酸盐复合隔热涂料国家标准 (CB ／ T17371 — 1998) ，为硅酸盐隔热涂料的生产和应用提供了一个可供参照的技术标准。
受历史和社会经济条件等因素的影响，成本较低的阻隔性隔热涂料在我国的发展已达到世界先进水平，但主要用作工业隔热涂料，如发动机、铸造模具等的隔热涂层等。目前这类涂料正在经历一场由工业隔热保温向建筑隔热保温的转变，但由于存在自身材料结构带来的缺陷，如干燥周期长，施工受季节和气候影响大，抗冲击能力弱，干燥收缩大，吸湿率大，对墙体的粘结强度偏低以及装饰性有待进一步改善等，故这类隔热涂料较少用于外墙涂装。

2 反射隔热涂料
　　( 水性 ) 反射隔热涂料是在铝基反光隔热涂料的基础上发展而来，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，制得高反射率涂层，反射太阳光来达到隔热目的。
　　地球每时每刻受到太阳的照射。太阳每秒有 1.765 × 10 17 J 能量到达地球，巨大的能量给人类的生存和生活提供了必备条件，但太阳的强烈辐射，也给人们的生活带来一些不便，太阳的高热辐射会给人类赖以生存的空间带来许多危害。夏季阳光照在建筑物屋顶上，顶楼房间的室内温度要比楼下房间高出 3 ～ 5 ℃ 。许多发达国家中，喷淋装置、空调、冷气机和电风扇等降温制冷设备所耗用的能量，占全年总能耗的 20 ％以上。而我国，这些设备消耗的能量则更多。采用太阳热反射涂料则可克服或缓解这些问题，因此具有广阔的发展前景，是能为市场所接受的产品，现已用于建筑业的钢结构屋顶和玻璃幕墙；石油工业的海上钻井平台、抽罐、石油管道；运输业的汽车、火车、飞机表面；造船工业的船壳、甲板；以及坦克、军舰、火箭、宇宙飞船等，起到阻止热传导，降低暴露在太阳热辐射下装备的表面温度和内部环境温度，改善工作环境，提高安全性等作用。
　　据美国一家公司测算，使用太阳热反射涂料可以节约 15 ％～ 20 ％的空调费。它的性能特点决定了其目标市场在石油化工领域，粮储仓库部门，建筑业及车辆、船舶的制造业等方面，市场范围相当广泛。
　　反射隔热涂料采用进口固体丙烯酸树脂作为基料，利用特种材料，如“空心微珠等”组合形成高太阳热反射漆膜，不仅具有工业、建筑涂料的防腐装饰功能，同时起到了{jj0}的降温隔热作用。空心微珠填料对近红外光的反射比远远高于普通填料，玻璃微珠与陶瓷微珠的反射比相近，但陶瓷微珠的贮存稳定性差，见表 2 。空心玻璃微珠保温涂料参考配方见表 3 。

表 2 各种填料的性能比较
性能 填料
普通填料 氧化锌 董青石 玻璃微珠 陶瓷微珠
反射比 0.30 0.45 0.50 0.88 0.89
稳定性 无变化 增稠 无变化 无变化 增稠

表 3 空心玻璃微珠保温涂料参考配方
组分 丙烯酸乳液（ 50% ） 乙二醇单丁醚 空心玻珠 蒸馏水 增稠剂 xx剂和防腐剂
用量 /g 20 0.8 35 25 25 适量

3 辐射隔热涂料
　　辐射隔热涂料是通过辐射的形式把建筑物吸收的日照光线和热量以一定的波长发射到空气中，从而达到良好隔热降温效果的涂料。
　　此类涂料的关键技术是制备具有高热发射率的涂料组分。研究表明，多种金属氧化物，如 Fe 2 O 3 、 Mn0 2 、 C0 2 0 3 、 CuO 等具有反型尖晶石结构的掺杂型物质具有热发射率高的特点，因而广泛用作隔热节能涂料的填料。人们详细研究了红外辐射的原理，并通过在硅酸盐结晶相中加入 Al 2 O 3 ，、 Vi0 2 等金属氧化物细粉作为填料而研制出的红外辐射涂料在 5 ～ 15 ／μ m 波段内辐射红外线的能力在 85 ％以上。
　　辐射隔热涂料不同于玻璃棉、泡沫塑料等多孔性低阻隔性隔热材料，因这些材料只能减慢但不能挡热能的传递。白天太阳能经过屋顶和墙壁不断传人室内空间及结构，一旦热能传人，就算室外温度减退，热能还是困陷其中。而辐射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。

4 其它隔热涂料
4.1 薄层隔热反射涂料
　　选择耐候性好、韧性好、耐温较高、成膜性好的基料，加入轻质、孔隙率高、热绝缘系数大的绝缘填料及反射率高、表面光洁的反射填料，并辅以合适的分散剂、阻燃剂、成膜助剂等，研制成的薄层隔热反射涂料的热反射率可达 85 ％以上，可用于成品油罐及低温容器的隔热保温。
4.2 真空绝热保温涂料
　　真空状态能使分子振动热传导和对流传导两种方式xx消失，为此采用真空的填料以制备性能优良的保温涂料成为当前研究的热点之一。美国推出利用太空科技的 ASTEC 陶瓷绝热涂料在建筑物内使用，施以薄层即可有效地增强隔热保温效果，秋天可使室温提高 2.8 ～ 4.4 ℃ ，夏天可使室内降低同样的温度，该涂料也具有较长的使用寿命。北京维纳公司推出的德国盾牌陶瓷隔热涂料 (THERMO — SHIELD) 是由极微小的真空陶瓷微珠和与其相适应的环保乳液组成的水性涂料，它与墙体、金属、木制品等基体有较强的附着力，直接在基体表面涂抹 0.3mm 左右即可达到隔热保温目的。
4.3 纳米孔超级绝热保温涂料
　　纳米孔超级绝热材料是建立在低密度和超级细孔 ( 小于 50nm) 结构基础上，从理论上其导热系数可趋近于零。采用纳米孔原料获得比静止空气导热系数 (0.023W ／ m · K) 更小的涂膜是xx可能的。降低生产成本，开发使用温度高于 1 050 ℃ 的纳米孔绝热材料是今后研发的主要方向。作为{zj1}市场应用潜力的新兴纳米科学 技术，其发展为隔热涂料的研究提供了前所未有的机遇和可能性。

5 主要发展方向
(1) 现有产品及其技术的改进提高。降低成本、提高性能、扩大品种，以满足不同用户的需要。如复合硅酸盐保温涂料应向快速固化、憎水、提高粘接强度、降低密度、负温施工、降低成本和用于建筑节能等方向发展。
(2) 研制生产复合型多功能保温涂料。一种保温效果良好的涂料往往是两种或多种隔热机理协同作用的结果，各种保温涂料各有其优缺点，可充分发挥各自的特点，进行优势互补，研制出性能优良的复合型保温涂料。
(3) 大力发展建筑保温涂料及相关技术。在我国能源消耗中，建筑能耗大约占全国能源消耗的 1 ／ 4 ，而建筑用保温材料仅占总量的 11 ％左右，可见建筑节能潜力很大。
(4) 积极开发新型保温涂料及相关技术。如低辐射传热涂料，高效薄层隔热防腐一体化涂料等。含纳米或亚纳米微孔结构的涂膜及采用纳米材料制得的涂膜将是下一阶段保温涂料发展的热点之一。
(5) 注重环保，利用“三废”开发保温涂料。环保越来越引起世界各国的重视，保温涂料的研制应遵循涂料发展的潮流，向水性、环保的方向发展，避免使用环保法规中禁用的有害物质。