太阳热反射涂料

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1、太阳热反射涂料郭年华、桂亮（海洋化工研究院，２６６０７１）1前言太阳热反射涂料就是对太阳的热辐射具有高反射率的涂层。自七十年代以来，建筑业、石油工业、运输业、兵器工业等迅速发展，要求使用反射太阳能的新型涂料，以降低暴露在太阳辐射热下的装备表面涂层温度，从而阻止热能传导,达到改善工作环境，提高安全性等目的.目前，国外在太阳热反射涂料的理论研究方面较完善，已广泛应用于很多领域。例如建筑业的屋顶和玻璃幕墙用热反射涂料、石油工业的海上钻井平台、油罐、石油管道用太阳热反射涂料，运输业的汽车、火车、飞机表面用太阳热反射涂料、造船工业的船壳、甲板用太阳热反射涂料，以及兵器及航天工业的坦克、军舰、火

2、箭、宇宙飞船用太阳热反射涂料。国内研制太阳热反射涂料的报道近几年数量有所增多，现有兰州涂料研究所研制用于火箭液氧贮罐表面的涂料，以防止贮罐温度升高，液氧汽化，热反射率近75%（白色）。华北石油化工建筑材料厂研制的HC太阳能屏蔽防腐涂料，用于石油制品贮罐的热反射涂料，以及天津大学分析中心、北京化工大学材料科学与工程学院、中科院广州太阳研究所、海洋化工研究院等单位，在热反射涂料方面都有报道。我们查阅了大量的资料，就热反射涂料的树脂、颜料、配套体系、检测手段做了初步总结，以及我院在热反射涂料方面工作进展作简短介绍，以便同国内有志于热反射涂料研制的同仁探讨，以推动热反射涂料在我国的应用和发展

3、。2太阳热反射涂层的原理2.1涂层应具备的光谱特性2.1.1热辐射及黑体辐射众所周知，室温下或温度更低的物体，在不断的辐射看不见的红外光和波长更长的电磁波。这种辐射是由于分子、原子的热运动引起的，辐射能量与温度密切相关称为热辐射。热辐射不仅与温度有关，与物体的材料及表面性质也有关系。黑体是热辐射研究的理想体。所谓黑体，即在任何温度下都能全部吸收照射到它表面上的辐射。黑体的辐射度与波长、温度的关系遵循普朗克公式：式中Mλ是黑体辐射度（W/m2），h、k分别是普朗克常数（6.626×10-34J·s）和玻尔兹曼常数（1.38×10-23J·s），λ是波长，c为光速，T为绝对温度。在全波长

4、范围内积分，得斯蒂芬-玻尔兹曼方程：其中，M为总辐射度，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数（6.57×10-8W/（m2K4））。即黑体的总辐射度仅与温度的四次方成正比。2.1.2太阳与一般物体的热辐射光谱范围紫外区：0.2μm~0.4μm，占总能量的5%；可见光区：0.4μm~0.72μm，占总能量的45%；近红外区：0.72μm~2.5μm，占总能量的50%。即太阳的能量主要集中于可见和近红外区。若把一般物体视为300K黑体，那么一般物体的辐射在热红外区2.5μm~15μm。2.1.3一般物体的热辐射一般物体的辐射度表达式为M=σεT4。ε为辐射率，一般物体的表面辐射度除与温度有关外，还与

5、表面辐射率有关。不同物体，吸收能力也不同，在一定温度下，物体的辐射率与吸收率相同。吸收率：物体表面吸收的辐射能量与入射到该物体表面的辐射能量之比记作，α反射率：物体表面反射的辐射能量与入射到该物体表面的辐射能量之比记作，ρ透射率：穿透过物质的辐射能量与入射到该物体表面的辐射能量之比记作，τ。根据能量分配为α+ρ+τ=1对于多数固体和液体，一般有α+ρ=1综上所述，为降低内部温度而使用的太阳热反射涂层，应满足对可见光和近红外光的高反射和对远红外线的高反射。2.2热反射涂层的主要指标热反射率取决于颜填料与树脂的折光指数的比值。在树脂的折光指数（1.45-1.50）一定的情况下，其热反射率

6、主要取决于颜填料的折光指数，颜填料的粒径、纯度以及涂层厚度、PVC值。颜填料的折光指数范围一般为1.50-2.80。2.3研制热反射涂料的主要工作是取代炭黑，因为炭黑对太阳热的吸收率高达97%,反射率仅3%。3.热反射涂料的影响因数3.1树脂对涂层反射率的影响3.1.1用于太阳热反射涂层的树脂，对可见光和近红外光吸收越小越好，一般涂料常用的树脂都可用于太阳热反射涂层。要求树脂的透明度高，透光率在80%以上，太阳能的吸收率低，有些基团吸热，故在设计合成树脂时，尽量使树脂中少含有C-O-C.C=O.O-H等基团。。3.1.2可用于太阳热反射涂层的树脂有：丙烯酸树脂、有机硅改性聚酯树脂、醇

7、酸树脂、有机硅改性醇酸树脂、含氟树脂、环氧树脂、环氧酯、氯化橡胶、聚乙烯聚丙烯树脂、聚氨酯树脂等等.。3.1.3几种树脂的太阳吸收率α树脂颜料α有机硅---丙烯酸TiO20.19有机硅---醇酸TiO20.22丙烯酸树脂TiO20.24环氧树脂TiO20.25聚氨脂树脂TiO20.263.2颜料对涂层热反射率的影响颜料对可见光和近红外光的吸收同样越小越好，同时，为减少太阳光透过，颜料对太阳光应有尽可能大的散射。3.2.1颜料折光指数的影响颜料对可见光和近红