纳米隔热保温透明涂料

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1、纳米隔热保温透明涂料李春福西南石油大学前言随着社会和经济的快速发展，全球对能源的需求日益增大，能源消耗同时也带来环境问题，因此能源和环境成为制约当今人类社会发展的瓶颈。建筑能耗约占人类总能耗的30%～40%，其中约半数是由建筑采暖或制冷等空调造成的，而通过门窗散失的热量约占整个建筑空调耗能的30%。另一方面，随着现代建筑对室外景观和室内采光等要求的提高，往往采用较大面积的玻璃窗或玻璃幕墙结构，而建筑玻璃作为隔热保温的薄弱环节，在保证玻璃采光的同时如何提高其保温隔热性能成为降低建筑能耗的重要途径。前言为了提高建筑玻璃的隔热保温性能，人们研究出多种新型玻璃材料，如:金属镀膜隔

2、热玻璃、真空玻璃、贴膜玻璃、Low－E玻璃等节能玻璃，Low－E玻璃：Low-E玻璃又称低辐射玻璃，是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品。其镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，使其与普通玻璃及传统的建筑用镀膜玻璃相比，具有优异的隔热效果和良好的透光性。但这些玻璃往往存在透光率低、隔热效果不佳、工艺条件控制复杂、价格昂贵等一种或多种原因，限制了其发展和应用。纳米透明隔热涂料的构成近年来，随着纳米材料和制备技术的发展，某些金属氧化物因具有特殊的光学和热学性能逐渐受到人们的关注，并在建筑玻璃隔热方面获得了发展和运用，例如：氧化铟锡(ITO)、氧化锡

3、锑(ATO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、铝掺杂氧化锌(AZO)等，这些纳米材料在可见光区有较高的透过率，而在红外光区却有较高的吸收率和反射率，将这些纳米材料与树脂复配成透明隔热保温涂料，并用于玻璃镀膜和喷涂，可使玻璃在维持较高可见光透过率的同时提高对红外波段的隔热效果，从而使建筑玻璃具有较理想的透明和隔热效果，对于降低建筑空调能耗和实现节能减排具有重要的意义。透明隔热涂料的隔热原理太阳辐射的能量主要集中在波长为0．2～2．5μm的范围内，其中：紫外区(波长0．2～0．4μm)占总能量的5%，可见光区(波长0．34～0．72μm)占总能量的45%，近红外(波长0．72～2．5

4、μm)占总能量的50%。可见，太阳光谱中的能量绝大部分分布在可见光和近红外区，其中近红外区占太阳辐射总能量的一半，若能选择性有效阻隔近红外能量而维持一定的可见光透过率，即可实现透光隔热(即不影响采光而达到红外区隔热)的目的。透明隔热涂料的隔热原理纳米ITO、ATO等纳米微粒对太阳光谱具有理想的选择性，在可见光区透过率高，对红外光却具有很好的屏蔽性；而TiO2、Fe2O3、Al2O3等纳米颗粒具有很强的紫外波段吸收能力，若将这些具有特殊功能的纳米微粒分散后加入到树脂溶液中，可获得纳米透明隔热涂料，可用于玻璃或树脂等表面形成透明隔热膜。透明隔热涂料的隔热原理在水性聚氨酯中加入

5、纳米功能粉体、消泡剂、润湿剂等制得透明隔热涂料，并用于普通白玻表面形成涂膜，测试涂覆透明隔热涂料前后的透射光谱，如图1，可看出玻璃隔热涂层在可见光区具有很好的透光性，而对近红外光线具有很好的屏蔽性。对于涂料透明隔热机理，何秋星等提出ZnO、TiO2纳米颗粒的屏蔽作用是基于对紫外光的吸收;透明隔热涂料的隔热原理通过对ATO/PU涂层进行光谱性能测试，证明：ATO纳米颗粒对红外波段辐射以吸收为主，反射为辅;认为透明隔热涂膜对热辐射阻隔作用是吸收和反射共同作用的结果，具体表现为涂膜吸收热辐射使涂层温度升高，然后经对流传热将热量传递给空气，因此涂膜对于红外辐射可起到“变相反射”作

6、用，当空气流动速度比较大时，空气对流传热速率加快，涂膜将具有更好的隔热效果。透明隔热涂料的隔热原理透明隔热涂料的国内外研究进展目前，有关透明隔热纳米涂料的研究主要集中在美国、日本、韩国和欧洲等国，美国Nanophase公司率先将半导体纳米材料(ITO、ATO、ZnO、A12O3、TiO2等)制成分散稳定的水性或溶剂型浆料，然后再将其作为涂料应用到玻璃镀膜中，获得隔热、耐磨、紫外屏蔽和隔绝红外线等复合功能。透明隔热涂料的国内外研究进展Takeda等在树脂基体中掺入ATO、ITO、LaB6等纳米颗粒形成镀膜，利用ATO、ITO阻隔波长较长的红外光，而利用LaB6阻隔波长较短的

7、红外光，使其在整个红外波段具有低透光率，而在可见光区具有高透过率。Chonan和Kuno将ATO隔热浆料与丙烯酸紫外光(UV)固化树脂混合，制得隔热涂料，将其涂在PET聚酯膜表面，所得涂膜对太阳辐射透过率低于56．5%;透明隔热涂料的国内外研究进展Nishihara等采用共沉淀法制备出ATO和ITO纳米粉体，并与树脂复配，获得的透明隔热涂料在可见光区透光率大于80%、而在近红外区透过率很低;Kaneko等把SnO2、ITO、ATO纳米颗粒与聚丙烯酸酯制成复合涂料，其在可见光区吸收率几乎为零，而对红外热辐射具有很好的阻隔作用。国