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新型隔热降温涂料的研制

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-->>新型隔热降温涂料的研制

1 前  言
太阳每秒有1. 77 ×1017 J的能量达到地球表面,巨大的太阳辐射能给生物和人类生存提供了条件,但是强烈的热辐射也给人类生活和工业设备装置带来诸多麻烦。据资料分析,为优化人居环境,确保工业、交通、粮食仓储、军工等战略物资的安全运行和存储,采用制冷、空调、喷淋等隔热降温或保温措施所消耗的能量占总能量消耗的20% ~45%。随着经济发展和人民生活质量的快速提高,隔热、保温等措施耗费的能量仍在增加,而能源发展的速度,远远落后于国家经济建设的发展速度。例如, 1990年至1995年5年间,我国国内生产总值平均增长率为12% ,而能源的增长率仅为3. 6%。由此可见,研制开发一种反光隔热效果优良、耐玷污性和耐侯性良好,并具有一定阻燃作用的反射太阳热的环保降温材料,对节约能源、保护环境,具有重要意义。
 
2 实验部分
2. 1 工作原理和选料原则
根据热传导理论,传热以导热、对流和辐射三种方式进行。通常,辐射传热占50% ~60% ,以红外线向外传播;物质传导热占30% ~50%;对流传热占10% ~15%。因此,选择的材料,需对热具有高阻抗,对光和光能(包括可见光、近红外光、远红外光)具有极强的反射能力,而材料本身又能将物体内吸收的热大部分(85% ~90% )辐射散发出去(见图1) ,避免热射线穿透材料物体,减少材料物体内热的传导和蓄积,以达到理想的绝热效果。
涂层工作原理
 大量实践表明,许多天然的非金属矿物都具有较好的阻抗作用,经过加工或复合处理后的非金属矿物更具有突出优异的特殊功能。因此,可选择导热系数低,并具有良好隔热性能的非金属矿物,作为功能性填料的重要研究对象。
2. 2 基础配方设计
根据国内外隔热降温涂料研制和生产应用现状,确定以水为溶剂,高分子合成乳液为成膜物,选择导热系数低并经过选矿提纯、改性的非金属矿物和优良的反光材料做功能性填料,添加各种水性涂料助剂,使整个体系形成缔合交联,均匀的无浓度梯度、热力学稳定具有假可塑性的粘流胶体悬浮液。隔热降温涂料体系,经施工固化成隔热降温涂层和反光涂层。其配方设计见表1。
隔热降温涂层的配方设计
2. 3 实验方法
将转速可调的电动分散搅拌机开启后,依次加入分散介质、润湿分散剂、消泡剂、pH调节剂、防冻剂、成膜助剂、功能性填料制成水性悬浮浆体,进行充分混合分散后,在砂磨机中研磨至一定细度后,再在高速分散搅拌机中,将各种助剂与浆料混合均匀即获得涂料产品。
2. 4 仪器设备
小型分散乳化机,小型砂磨机, B 氏黏度计,电子显微镜,WP—D806多路巡检仪等。
2. 5 实验测试装置和测试方法
目前,隔热降温涂料的测试没有统一的国家标准,因此我们只能参照国内外相关的实验测试方法。本实验参照美国军标的测试方法,并结合我们的具体情况,制定自己的测试标准。其测试系统见图2。
隔热涂层的测试装置
3 结果与讨论
3. 1 反光材料的优化选择
反光涂层主要是反射太阳辐射热,避免热进入隔热层内部,故选择折光指数高的氧化铁红和反光率高的细磨云母矿,以及高纯反光材料YZ等制成反光涂层进行实验研究,其试验结果见表2。
表2 反光材料的优化选择试验结果
表2 反光材料的优化选择试验结果
 由表2可知:细磨云母和高纯反光材料都是较好的反光物质,按性价比,选择高纯反光材料YZ作为新型特种矿物隔热降温材料的功能性反光填料。
3. 2 功能性隔热降温矿物填料的优化选择
隔热降温涂料属于热功能性涂料,由于它的特殊性,应选择导热系数低、热阻抗性能好的非晶质二氧化硅作为隔热底层涂料的功能填料。不同的非晶质二氧化硅与涂层隔热效果的关系见图3。
不同矿物填料隔热降温测试结果
由图3得知:几种非金属矿物在不同程度上都具有隔热降温效果,其中经化学处理的SF型天然非金属矿物效果最为明显,隔热降温幅度平均达到23. 12℃,但其处理过程较为复杂,成本偏高。按性价比,宜选择S - 1型矿物材料作为功能性隔热降温矿物填料。
3. 3 复合涂层的隔热降温效果
将隔热降温涂料、反光涂料在优选的基础上,应用最佳的配方设计,制成复合涂层,以了解该体系的隔热降温效果。为模拟油罐、粮仓等各种露天设施的隔热降温情况,选用Ф400 ×650mm的铁罐以盛水盛油等方式进行实验,其结果见表3。
不同实验装置隔热降温效果对比
由表3实验结果得知:使用该涂料涂布的隔热降温复合涂层,其表面温度或铁罐的中心温度可降低18~24℃,温差极为明显。
3. 4 涂层综合技术性能指标
1. 光反射率
波长400~800nm,反射比Pe = 0. 856
测试单位:中国测试技术研究院(成都)
 2. 辐射率(热辐射)
辐射率85%
测试单位: 国家建筑工程质量监督检验中心(北京)
3. 涂料综合性能
按建筑合成树脂乳液外墙涂料GB /T9755 测试, 12项指标全部达到一级品。
测试单位:四川省建材产品质量监督检验中心(成都)
 
4 结  语
该涂层涂膜中的特种材料组合,对光和热具有很高的反射和阻抗作用,可大大降低被涂物体表面温度。既提高了环境的舒适度,又节约能源。另外,涂料干燥后,非晶质二氧化硅可形成一个完整的空心隔离层,它不仅具有良好的隔热效果,还具有优异的隔音效果,可创造健康、舒适的生活环境。
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