新型节能材料

　　摘要：在建筑工程、石油化学工业、运输储存行业以及国防军事工业等领域，需要采取措施降低太阳能辐射的负面影响，近年来兴起的热反射隔热涂料能够解决这一棘手问题。文章就热反射隔热涂料从特点、作用机理、组成及其与性能的关系等方面进行简要说明，并对目前的研究进展和发展趋势做了相关综述。可以预期，作为节能材料的热反射隔热涂料将会带来巨大的经济效益与社会效益。

　　关键词：热反射隔热涂料；太阳能；作用机理；组成；发展趋势

　　前言

　　源源不断的太阳能是人类赖以生存的重要基础，然而强烈的太阳辐射在给人类的工业生产和日常生活提供能量的同时，也附加了诸多的不便。每秒以电磁波形式辐射到地球物体表面的太阳光能量约750w/m2，这些能量在物体表面持续积累，使得温度显著升高，例如在炎热的夏天金属物体表面温度可以达到70～80℃[1]，建筑屋顶及外墙表面温度可至50℃。表面温度的升高相应提高了物体内部的温度，增加了建筑工程室内空调的环境负荷，而且存在一些安全隐患，如石油化学工业、运输储存行业生产中，许多露天的反应装置潜在爆炸危险。随着能源政策的调整与低碳经济的发展，建筑节能逐渐摆在发展的首要位置，热反射隔热涂料正是在这种背景下应运而生的。

　　1热反射隔热涂料的特点

　　隔热涂料是通过各种方式可使被涂物体温度明显低于外界温度的材料[2]。其中热反射隔热涂料（ReflectiveThermalInsulatingCoating，缩写为RTIC）是最为常用的一类涂料，简要来讲，即通过选择合适的树脂、金属或金属氧化物填料及生产工艺来制得高反射率的涂层，凭借辊涂、刷涂、喷涂或刮涂的方法覆于物体表面[3]，当处于太阳光照射环境下，依靠涂层从源头上有效地把辐射能量反射回外层大气空间，从而减少了物体对能量的吸收，达到降温的目的。

　　作为一种新型的节能材料，热反射隔热涂料隔热效果良好，可以明显降低被覆空间范围——建筑物外墙、屋顶、室内等的温度，改善了环境的舒适度，减少了夏季空调等制冷设备在高温条件下或长期经受太阳照射过程的能源能耗，在显著改善工作环境的同时，节约了大量的能源，减少物资不必要的损耗。另外，这种涂料与各种基材附着力好，耐候性强，使用的溶剂无刺激性气味，大大减少了对环境的影响，操作方便，适合于复杂工程的施工，避免了其他隔热材料施工方面的缺点。

　　2热反射隔热涂料的作用机理

　　2.1太阳辐射光谱

　　任何物质均具有反射或吸收一定波长太阳光的性能。事实上，某些物质如玻璃还具有透过太阳光的能力，因热反射隔热涂料覆盖的物质一般为混凝土、金属等材料，故认为透过率为零，仅考虑反射和吸收。

　　由光谱分析，太阳辐射能量按照波长变化分为三个光谱区（见图1）：近红外区范围在0.72～2.5μm，占太阳总能量的50%；可见光区范围0.4～0.721μm，占太阳总能量的45%；紫外区0.2～0.4μm，占太阳总能量的5%。

　　由此可了解到，太阳辐射的大部分能量（约95%）都集中在近红外光和可见光范围，如果热反射隔热涂料在此波长区域内对太阳辐射的反射率越高，那么涂层的隔热效果就会越好。

　　2.2RTIC涂层结构[4]

　　RTIC涂层结构分为热反射涂层、隔热层和防腐蚀层三部分。

　　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。

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