新型节能材料(2)
热反射涂层:厚度约40~60μm,在可见光及近红外波长范围反射率很高,在两个大气窗口处(入=3~5μm,入=8~13.5μm),尤其在后者范围内,发射率很高。
隔热层:厚度约120~140μm,其中巨量空心微球紧密排列,形成多层空心夹层,可有效阻隔热量传递。
防腐蚀层:厚度约60~80μm,耐蚀性能及力学性能优良。
2.3 作用机理
可以认为,热反射隔热涂料以反射的方式将热量阻挡在涂层的外侧。再者,从结构中的隔热层说明,内有巨量空心微球,其绝对体积比例大导热系数极小,进而影响涂层的导热系数,则阻止了热量在物体内部的传递,伴随着反射的进行也具有一定的阻隔作用。反射隔热涂层性能的好坏受涂层表面状态的影响极大,通常来看,物体表面越光滑平整,对入射光线的反射越高,物体将入射能量反射后,自身能量吸收较少。同时,由于存在大气窗口,若涂层在该区间内,特别是第二窗口入=8~13.5μm处,有较高的反射率,可直接将物体所接收的太阳光热量径直通过此窗口发射到大气层的外部空间,使得温度明显下降。以上所述的综合作用正是RTIC涂层的热反射隔热降温机理。
3 热反射隔热涂料的组成及其对性能的影响
热反射隔热涂料是由树脂等作为基料,功能填料、颜填料等具有反射隔热性能的物质填充内部并辅以合适助剂而制得的。每种组分均对材料性能的表现起到不可忽视的作用。
3.1 基料与性能的关系
热反射隔热涂料中的基料是不可或缺的组成物,扮演着将功能填料等组分与基质结合起来的角色。通常各组分功能填料、颜填料均先被均匀地分散在基料中,之后再被涂覆到基质上。基料对于填料来看即发挥载体的作用。具体来讲,所用的基料为各类树脂。
工业常用的热反射隔热涂料树脂有氯磺化聚乙烯树脂、氯化橡胶树脂、高氯化聚乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、有机硅改性醇酸树脂等。这些树脂对太阳辐射中可见光和近红外光波长能量的吸收较小,同时透光率在80%以上,而且树脂中不含或少含-C-O-C、=C=O、-OH等吸收能量基团,使得树脂对太阳辐射的吸收达到最低。需要说明的是有机硅改性丙烯酸树脂、有机硅改性醇酸树脂,虽然这两类合成树脂的折光指数几乎相同,似乎对太阳热反射隔热效果没有太大的差异,但在实际应用过程中,为降低结构中吸热基团的影响,通过改性手段以Si-O基团代替原分子主链含有的-C-O-C吸热基团以降低对太阳能量的吸收,且硅氧骨架结构形成的涂层透气性好,其基团在界面定向排列与基质硅酸盐类材料可交联形成化学键,因此大大地改善了涂层与基质之间的粘结,从而提高了涂层的附着力。由于热反射隔热涂料主要应用于户外建筑物的外墙和屋顶,以及工业设备等的外表面,需长期经受日晒雨淋和自然环境的侵蚀,因此要求树脂拥有良好的耐候性、耐腐蚀性、耐沾污性、保光保色性及合适的弹性,能够消除建筑物形变所产生的应力.同时具备弥补微裂纹的能力。值得一提的是氟碳树脂,其具有优异的耐候耐蚀性能、透明度高、附着力好、耐水耐化学性强、干燥快等特点,可以广泛用作多种场合的涂料基料。
3.2 填料与性能的关系
热反射隔热涂料所用使用的填料分为颜填料、功能填料等,分别对热反射隔热涂料的最终性能表现起到关键的作用。
3.2.1 颜填料与性能的关系
在热反射隔热涂料组分中颜填料的选择主要取决于反射率高低和对涂层导热系数的影响,大部分属于电解质,为了强化反射太阳光效果,涂层常为银白色。因热反射隔热涂料是在铝基反光隔热涂料的基础上发展而来的,其涂层中为金属或金属氧化物,以往使用的薄片状铝粉类填料,虽然反射性能很好,但是铝粉也具有良好的导热性能,即使涂层吸收少量的热会被很好地传导,长期累积传导的热量不利于隔热。
对于颜填料的基本要求即该物质需在可见光和近红外光的波长范围内吸收率很低,反射率极高,且对可见光和近红外光有尽可能大的散射。作为当前最基本颜填料钛白粉可高效反射可见光和近红外光,同时折光指数较高,与其它填料有很好的相容性,并在大气窗口有强烈辐射现象,从而实现反射隔热降温的目的。从这点来看,颜填料对应于RTIC涂层结构的热反射涂层,其作用侧重以反射方式来阻隔热量降低内部温度。其他物质如金红粉(金红石型TiO2)、氧化锌、滑石粉、云母粉、二氧化硅、高岭土等均可作为颜填料的选择。
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