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      新型隔熱降溫涂料的研制

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      1 前  言
      太陽每秒有1. 77 ×1017 J的能量達到地球表面,巨大的太陽輻射能給生物和人類生存提供了條件,但是強烈的熱輻射也給人類生活和工業設備裝置帶來諸多麻煩。據資料分析,為優化人居環境,確保工業、交通、糧食倉儲、軍工等戰略物資的安全運行和存儲,采用制冷、空調、噴淋等隔熱降溫或保溫措施所消耗的能量占總能量消耗的20% ~45%。隨著經濟發展和人民生活質量的快速提高,隔熱、保溫等措施耗費的能量仍在增加,而能源發展的速度,遠遠落后于國家經濟建設的發展速度。例如, 1990年至1995年5年間,我國國內生產總值平均增長率為12% ,而能源的增長率僅為3. 6%。由此可見,研制開發一種反光隔熱效果優良、耐玷污性和耐侯性良好,并具有一定阻燃作用的反射太陽熱的環保降溫材料,對節約能源、保護環境,具有重要意義。
       
      2 實驗部分
      2. 1 工作原理和選料原則
      根據熱傳導理論,傳熱以導熱、對流和輻射三種方式進行。通常,輻射傳熱占50% ~60% ,以紅外線向外傳播;物質傳導熱占30% ~50%;對流傳熱占10% ~15%。因此,選擇的材料,需對熱具有高阻抗,對光和光能(包括可見光、近紅外光、遠紅外光)具有極強的反射能力,而材料本身又能將物體內吸收的熱大部分(85% ~90% )輻射散發出去(見圖1) ,避免熱射線穿透材料物體,減少材料物體內熱的傳導和蓄積,以達到理想的絕熱效果。
      涂層工作原理
       大量實踐表明,許多天然的非金屬礦物都具有較好的阻抗作用,經過加工或復合處理后的非金屬礦物更具有突出優異的特殊功能。因此,可選擇導熱系數低,并具有良好隔熱性能的非金屬礦物,作為功能性填料的重要研究對象。
      2. 2 基礎配方設計
      根據國內外隔熱降溫涂料研制和生產應用現狀,確定以水為溶劑,高分子合成乳液為成膜物,選擇導熱系數低并經過選礦提純、改性的非金屬礦物和優良的反光材料做功能性填料,添加各種水性涂料助劑,使整個體系形成締合交聯,均勻的無濃度梯度、熱力學穩定具有假可塑性的粘流膠體懸浮液。隔熱降溫涂料體系,經施工固化成隔熱降溫涂層和反光涂層。其配方設計見表1。
      隔熱降溫涂層的配方設計
      2. 3 實驗方法
      將轉速可調的電動分散攪拌機開啟后,依次加入分散介質、潤濕分散劑、消泡劑、pH調節劑、防凍劑、成膜助劑、功能性填料制成水性懸浮漿體,進行充分混合分散后,在砂磨機中研磨至一定細度后,再在高速分散攪拌機中,將各種助劑與漿料混合均勻即獲得涂料產品。
      2. 4 儀器設備
      小型分散乳化機,小型砂磨機, B 氏黏度計,電子顯微鏡,WP—D806多路巡檢儀等。
      2. 5 實驗測試裝置和測試方法
      目前,隔熱降溫涂料的測試沒有統一的國家標準,因此我們只能參照國內外相關的實驗測試方法。本實驗參照美國軍標的測試方法,并結合我們的具體情況,制定自己的測試標準。其測試系統見圖2。
      隔熱涂層的測試裝置
      3 結果與討論
      3. 1 反光材料的優化選擇
      反光涂層主要是反射太陽輻射熱,避免熱進入隔熱層內部,故選擇折光指數高的氧化鐵紅和反光率高的細磨云母礦,以及高純反光材料YZ等制成反光涂層進行實驗研究,其試驗結果見表2。
      表2 反光材料的優化選擇試驗結果
      表2 反光材料的優化選擇試驗結果
       由表2可知:細磨云母和高純反光材料都是較好的反光物質,按性價比,選擇高純反光材料YZ作為新型特種礦物隔熱降溫材料的功能性反光填料。
      3. 2 功能性隔熱降溫礦物填料的優化選擇
      隔熱降溫涂料屬于熱功能性涂料,由于它的特殊性,應選擇導熱系數低、熱阻抗性能好的非晶質二氧化硅作為隔熱底層涂料的功能填料。不同的非晶質二氧化硅與涂層隔熱效果的關系見圖3。
      不同礦物填料隔熱降溫測試結果
      由圖3得知:幾種非金屬礦物在不同程度上都具有隔熱降溫效果,其中經化學處理的SF型天然非金屬礦物效果最為明顯,隔熱降溫幅度平均達到23. 12℃,但其處理過程較為復雜,成本偏高。按性價比,宜選擇S - 1型礦物材料作為功能性隔熱降溫礦物填料。
      3. 3 復合涂層的隔熱降溫效果
      將隔熱降溫涂料、反光涂料在優選的基礎上,應用最佳的配方設計,制成復合涂層,以了解該體系的隔熱降溫效果。為模擬油罐、糧倉等各種露天設施的隔熱降溫情況,選用Ф400 ×650mm的鐵罐以盛水盛油等方式進行實驗,其結果見表3。
      不同實驗裝置隔熱降溫效果對比
      由表3實驗結果得知:使用該涂料涂布的隔熱降溫復合涂層,其表面溫度或鐵罐的中心溫度可降低18~24℃,溫差極為明顯。
      3. 4 涂層綜合技術性能指標
      1. 光反射率
      波長400~800nm,反射比Pe = 0. 856
      測試單位:中國測試技術研究院(成都)
       2. 輻射率(熱輻射)
      輻射率85%
      測試單位: 國家建筑工程質量監督檢驗中心(北京)
      3. 涂料綜合性能
      按建筑合成樹脂乳液外墻涂料GB /T9755 測試, 12項指標全部達到一級品。
      測試單位:四川省建材產品質量監督檢驗中心(成都)
       
      4 結  語
      該涂層涂膜中的特種材料組合,對光和熱具有很高的反射和阻抗作用,可大大降低被涂物體表面溫度。既提高了環境的舒適度,又節約能源。另外,涂料干燥后,非晶質二氧化硅可形成一個完整的空心隔離層,它不僅具有良好的隔熱效果,還具有優異的隔音效果,可創造健康、舒適的生活環境。
      (責任編輯:admin)