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隔热材料在建筑涂料中的应用

文章出处:未知 人气:发表时间:2020-11-20 00:00
隔热材料在建筑涂料中的应用


根据隔热材料的不同传热方式,分为阻隔隔热材料、反射隔热材料和辐射隔热材料。分别综述了上述三种保温材料在建筑涂料中的应用,并对它们的优缺点进行了分析和总结。展望了建筑涂料用各类保温材料的发展趋势。贵州保温材料


关键词:保温材料;建筑涂料;应用


介绍


随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,全球能源需求不断增加,能源短缺问题日益突出。据统计,建筑能耗占人类总能耗的比例一般在30%左右,其中大部分来自空调、供暖和制冷。因此,降低建筑能耗具有重要意义。目前,市场上降低建筑能耗的主要措施是建筑保温砂浆和EPS外保温系统。然而,上述两种传统建筑材料存在易燃、易开裂、漏水、易脱落的缺点。建筑保温涂料作为一种新型绿色环保建筑节能材料,具有明显的优势和广阔的市场发展前景。建筑隔热涂料主要依靠隔热材料来发挥其隔热作用。因此,寻找新的建筑保温材料并对其进行改性以提高保温效率已成为许多研究者的方向。


1屏障型隔热材料


阻隔隔热材料是一种能减缓热传导过程的材料。


在墙体表面涂覆阻隔型隔热涂料,形成一定厚度的隔热层。假设涂层是均匀的,涂层两侧的温度分别为t1和t2,t1t2,涂层厚度为b,涂层面积为s,如图1所示,热传导过程可理想化为稳定的一维平壁热传导,热传导方程可由公式(1)所示的傅立叶定律得到:




从公式(1)中可以看出,较低的热导率需要较高的热阻R,即阻挡型隔热涂层具有两个特征:一个是较小的热导率,另一个是施工后较大的干膜厚度B。


阻隔型隔热涂料的导热系数是通过添加导热系数较低的阻隔型隔热材料来实现的,因此导热系数是筛选阻隔型隔热材料的一个重要指标。常见的阻隔型保温材料包括海泡石、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、坡缕石、硅酸钙、硅藻土、石棉、矿渣棉、空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠等。一些阻隔型保温材料在常温下的导热系数见表1。




其中,海泡石、坡缕石、石棉、岩棉和矿渣棉属于无机纤维型矿物。无机物纤维可以增加浆料的粘度,提高涂层的抗裂性。但是,海泡石在涂料中的添加量不能太大,否则涂料容易导致粘度过高、施工不利、涂层外观粗糙不均等缺陷,许多无机纤维类矿物会致癌。低成本复合硅酸盐保温材料在我国发展迅速。主要用作工业隔热涂料,如高温管道隔热、锅炉和窑炉外壳隔热、建筑隔热等。膨胀蛭石颜色较深,添加后对涂层的色调有很大影响。中空玻璃微珠和中空陶瓷微珠具有低热导率,因为它们以低热导率包裹空气。同时,它们对阳光具有高反射率,因此它们也是反射隔热材料。然而,中空玻璃微珠在涂层中的添加量不应太大,通常为5%~10%(质量分数)。Oth


此外,它应该有一定的厚度。因此,阻隔型隔热涂料为厚膜涂料,涂层厚度一般为5-20毫米,但较厚的漆膜干燥周期长,开裂风险高,阻隔隔热材料均为轻质材料,孔隙率大,也带来漆膜抗冲击性能差的问题。因此,阻隔隔热材料在建筑涂料中的应用仍然有限。


2反射隔热材料


反射隔热材料是一种对太阳光具有高反射率的材料。在太阳光下,大约95%的能量集中在可见光和红外区域。在这个波长范围内,反射隔热材料的反射率越高,隔热效果越好。


早期使用的反射隔热材料是具有高反射率的金属或金属氧化物颜料和填料。由于金属在水性体系中的稳定性差,它们主要用于溶剂基体系。此外,金属和金属氧化物通常具有高导热性和良好的导热性,这不利于隔热。目前,广泛使用的反射隔热材料是在水介质中具有低热导率和良好稳定性的中空微球材料,如中空玻璃微珠、中空陶瓷微珠、可膨胀微球等。大量的研究工作主要集中在两个方面:一是不同种类空心微球材料及其用量的选择,不同粒径配比的优化;二是涂料配方中其他组分的调整(如乳液的种类、二氧化钛的用量、添加剂的选择和聚氯乙烯的选择等)。)平衡添加空心微球对涂层性能的负面影响,并通过调整确保隔热性能的优化。王夏霞等对配方中填料和空心玻璃微珠的用量进行了正交设计,确定了二氧化钛、空心玻璃微珠、云母粉和高岭土的最佳质量比为6222.51.5,取得了良好的隔热效果。王晓丽等选择了反射隔热涂料中使用的乳液,选择了质量比为2: 1的纯丙烯酸乳液和硅丙乳液作为成膜材料,实现了弹性、强度、耐沾污性和隔热性能的平衡。贵州保温材料


反射隔热材料通过反射太阳辐射热起到隔热作用,反射太阳辐射热的能力取决于材料表面的颜色、化学成分以及光滑度和光滑度,尤其是表面颜色是影响反射率的主要因素。表面颜色越浅,反射太阳辐射热的能力越强。例如,白色表面对太阳辐射的反射率可以达到0.7以上,而黑色表面的反射率只有0.1。目前,大部分文献报道集中在反射隔热材料在浅色建筑涂料中的应用,并取得了一定的成果,而深色太阳能热反射涂料的开发难度较大。李运德利用空心玻璃微珠作为隔热材料,研究了几种单色涂料体系的热反射性能。发现颜色亮度越高,太阳光反射率越高。空心玻璃微珠的加入可以提高酞菁蓝颜料体系的红外波段反射率,从而提高太阳光的反射率,但增幅不显著。孙元宝等用常规反射隔热材料二氧化钛、硫酸钡和远红外陶瓷粉研究了绿色太阳能热反射涂料的隔热性能,发现关键在于颜料的选择,尤其是黑色颜料。与普通绿色涂料相比,绿色太阳能热反射涂料最多可降低表面温度10,降温效果非常明显。山田直夫萨发现,普通黑色颜料如炭黑、铁黑和铜铬黑具有较高的红外吸收率,而由红色和绿色或黄色和紫色组成的消光黑可在380-780 nm范围内降低红外吸收。因此,通过使用颜色原理混合深色而不是单一深色颜料,可以获得具有低红外吸收率的反射隔热材料


由于反射隔热材料的高太阳反射率效应,反射隔热涂料通常可以是薄涂产品,克服了阻隔隔热涂料干燥周期长、开裂风险高等缺点。近年来,反射隔热涂料得到了大力发展。反射隔热材料也成为专家学者的研究对象,反射隔热材料的研究也取得了一些成果。由于建筑涂料具有装饰效果,尤其是外墙涂料,很少使用白色或浅色,因此如何使反射隔热材料在深色建筑涂料中发挥作用是目前反射隔热涂料的研究热点之一。


3辐射隔热材料


辐射隔热材料是具有高热发射率的材料,它能以一定的波长向空气中散发热量,从而达到隔热的效果。与阻隔隔热和反射隔热相比,辐射隔热具有更高的效率。辐射隔热涂料是10年前才发展起来的,在我国还处于起步阶段。目前,应用最广泛的红外辐射材料主要是远红外辐射陶瓷粉末,常用材料见表2。




远红外陶瓷粉(如氧化镁-氧化铝-二氧化钛-ZRO 2等。)与元素周期表第三或第五周期中的一种或多种氧化物混合,在较低温度下具有较高的光谱发射率,是理想的辐射材料。由两种或更多种化合物的混合物组成的远红外陶瓷粉末有时具有比单一物质更高的发射率,因此远红外辐射陶瓷粉末通常通过以不同比例混合和研磨各种无机金属和非金属氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物和或特定的天然矿石(例如莫来石和堇青石)来制备,然后在1200-1600的高温下煅烧、研磨和过筛以辐射特定波长的远红外射线。


一般来说,远红外陶瓷(粉)的应用可分为两个方面:在:中高温区的应用和在常温区的应用。常温红外陶瓷粉在室温(20-50)附近可发射波长为3-5微米的远红外线,更适合建筑隔热涂料。目前,人们正在研究远红外陶瓷粉对隔热的贡献及其对涂层性能的影响。


4其他隔热材料


真空状态可以使分子振动热传导和对流热传导完全消失。因此,利用真空材料制备性能优异的隔热涂料成为当前的研究热点之一。美国豪斯实验室在民用建筑中使用真空陶瓷微珠取得了良好的隔热效果。


相变储能技术是目前建筑节能的一项重要技术措施。相变材料可与传统建筑材料复合,制成具有蓄热和调温功能的新型建筑相变储能材料。目前,相变材料在建筑节能领域的应用主要有相变材料注射墙板、混凝土砌块和地板采暖用相变材料等。相变材料在建筑涂料中的应用仍在研究中。随着人们对绿色建筑材料、低碳环保的日益重视,相变储能建筑材料具有广阔的应用前景。


结论


国内隔热材料在建筑涂料中的应用主要是基于反射材料的使用,如中空陶瓷微珠、中空玻璃微珠、可膨胀微珠等,并在浅色建筑涂料的应用中取得阶段性成果。彩色和深色建筑涂料中反射隔热材料的开发已成为新的热点之一。阻隔隔热材料只能在厚涂层中使用,以发挥其隔热作用。与薄涂涂料相比,厚涂层涂料没有竞争优势。如何找到更高效(即导热系数更低)的阻隔隔热材料仍然是许多学者和专家研究的热点之一。辐射保温材料受到业内人士的广泛好评。在隔热方面