关于外墙用纳米保温隔热涂料的研究

关于外墙用纳米保温隔热涂料的研究目前建筑节能外墙保温材料分为有机保温材料（PU发泡、聚苯乙烯泡沫、聚合酚醛树脂泡沫等）；无机保温材料（松散无机纤维及制品、多孔轻质颗粒保温砂浆、纤维+多孔颗粒混合型保温材料）。有机保温材料的导热系数低、保温效果好，但防火安全性差；普通无机保温材料的导热系数较高、保温效果较差，但防火安全性好；无机纳米多孔绝热保温材料导热系数低、耐高温性好，常作太空绝热材料。将高科技太空绝热材料变为民用，开发出一种薄层、绝热保温涂料，是未来保温材料技术发展的重要途径。纳米保温隔热涂料的组成及性能纳米保温隔热涂料以自交联丙烯酸乳液为成膜物、以SiO2气凝胶、空心玻璃微珠、六钛酸钾晶须等为填料，在多种助剂的配合下制备而成。涂料具有施工薄层、纳米孔绝热、安全防火、环保节能、性价比优等优点。纳米保温隔热涂料参考配方纳米保温隔热涂料的性能纳米保温隔热涂料的隔热原理热量的传导总是由高温区向低温方向传递，热量的传导有固体热传导、空气对流热传导、辐射热传导3种方式。纳米保温隔热涂料的特点是：能够将上述3种热传导途径进行有效阻隔或屏蔽。在涂料组分中，起关键隔热作用的是纳米SiO2气凝胶，其次是六钛酸钾晶须和空心玻璃微珠。纳米SiO2气凝胶是一种保温隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80%～99%，孔洞的典型尺寸为2～50nm，平均孔径为20nm，比表面积为600～1000m2/g，表观密度为0.003～0.35g/cm3，室温导热系数可低达0.013W/(m•k)，即使在800℃高温下，其导热系数才为0.043W/(m•k)，且高温下不分解，无有害气体放出，是纯绿色环保材料，其缺点是强度低、脆性大，单独使用困难。将纳米SiO2气凝胶与硅酸铝纤维和空心玻璃微珠混配，在弹性成膜物的交联作用下，可大大改善涂层的物理机械性能。1.SiO2气凝胶的隔热机理①固体热传导：SiO2气凝胶是由若干Si－0－Si基团相互连接聚集形成的纳米三维网络骨架结构，由于近无穷多纳米孔的存在，固体热传递只能沿着孔壁传递，近无穷多气孔壁构成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热导率降到几乎最低极限。②对流热传导：SiO2气凝胶的介孔尺寸为2～50nm，当材料中的气孔直径＜70nm时，孔内的空气分子就失去了自由流动的能力，相对地附着在气孔壁上，此时，纳米孔处于近似真空状态，材料中的空气对流减弱到最小极限。由于空气的主要成分是氮气和氧气，局域热激发无法通过空气分子跨越凝胶表面进行对流作用，从而对热对流传热产生隔绝作用。③辐射热传导：辐射传导热是一种非接触式的热量传递。由于气凝胶为均匀的纳米气孔，且具有极低的体积密度，使材料内部气孔壁数目趋于“无穷多”，而每个气孔壁都有遮阳板的作用，从而产生近于“无穷多遮阳板”效应，使辐射传热下降到最低极限。2.六钛酸钾晶须的隔热机理六钛酸钾晶须为连锁隧道式结构，松散密度为0.1～0.3g/cm3，比表面积为11m2/g，介孔尺寸为直径0.8～1.2µm、长度30～50µm，导热系数低(常温0.0534W/(m•k)，且具有负温度系数(温度越高导热系数越)，760℃时导热系数为0.0174W/(m•k)；红外线透过率小：在波长0.9～2.4µm范围，厚0.25µm六钛酸钾晶须透过率仅为8.4%。且无毒无害，使用寿命长，可以耐1200℃的高温，耐酸耐碱，耐磨绝缘，力学和物理性能好。六钛酸钾晶须集结构隔热、物理隔热、红外线反射于一体，红外反射率＞95%。3.空心玻璃微珠的隔热机理空心玻璃微珠是由特殊工艺制成的中空薄壁圆球粉状、性能优异的新型轻质材料，是一种银白色光泽的球体，中空，有坚硬的外壳，壳内为N2或CO2惰性气体，壁厚为直径的8%～10%，导热系数0.07W/(m•k)左右，具有密度低、体积大、导热系数低、抗压强度高、吸油率低、自流动性好等优点。纳米SiO2气凝胶保温涂料中加入超细空心玻璃微珠，其涂膜具有独特的微孔结构，在保持导热系数上升幅度不大的前提下，显著提高涂层的抗压强度，同时具有优异的热反射和热辐射性能。纳米保温隔热涂料的导热系数为0.041W/(m•k)。导热系数是材料保温隔热性能的重要参数，但不是唯一参数，对纳米隔热材料而言，光热反射率和红外辐射率是更重要的参数。评价保温材料的保温隔热性能时，应该根据材料的导热系数、光热反射率、红外辐射率综合因素评价。纳米保温隔热涂料的隔热效果自制两个相同外形尺寸的钢板试验箱1#和2#，钢板厚度1mm，外形尺寸分别为：长×宽×高=1.2m×0.6m×1.2m，1#箱外面包覆一层8cm厚的聚苯泡沫板，2#箱六个外表面涂刷1mm厚的纳米保温隔热涂料，养护干燥。在夏季晴天最高温度为38℃的条件下，将两个箱架空在室外阳光下曝晒至下午15点钟，同时检测两箱内部温度。测试结果：1#箱的内部温度为27.5℃，2#箱内温度为27℃。在冬季低于零度条件下，将上述1#和2#箱内部加热至40℃，封闭后同时移至室外冷冻，2h后，测试2箱内部温度，结果如下：1#箱的内部温度为16.5℃，2#箱内温度为18℃。由以上测试结果证明，1mm厚的纳米保温隔热涂料比8cm厚的聚苯泡沫板保温隔热性能好，夏季隔热效率高3%，冬季保温隔热效率高9%。需要空心玻璃微珠样品做实验的朋友，可联系郭经理13223567939