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1、納米隔熱保溫透明涂料李春福西南石油大學(xué)前言隨著社會和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球?qū)δ茉吹男枨笕找嬖龃?，能源消耗同時(shí)也帶來環(huán)境問題，因此能源和環(huán)境成為制約當(dāng)今人類社會發(fā)展的瓶頸。建筑能耗約占人類總能耗的30%～40%，其中約半數(shù)是由建筑采暖或制冷等空調(diào)造成的，而通過門窗散失的熱量約占整個(gè)建筑空調(diào)耗能的30%。另一方面，隨著現(xiàn)代建筑對室外景觀和室內(nèi)采光等要求的提高，往往采用較大面積的玻璃窗或玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，而建筑玻璃作為隔熱保溫的薄弱環(huán)節(jié)，在保證玻璃采光的同時(shí)如何提高其保溫隔熱性能成為降低建筑能耗的重要途徑。前言為了提高建筑玻璃的隔熱保溫性能，人們研究出多種新型玻璃材料，如:金屬鍍膜隔
2、熱玻璃、真空玻璃、貼膜玻璃、Low－E玻璃等節(jié)能玻璃，Low－E玻璃：Low-E玻璃又稱低輻射玻璃，是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產(chǎn)品。其鍍膜層具有對可見光高透過及對中遠(yuǎn)紅外線高反射的特性，使其與普通玻璃及傳統(tǒng)的建筑用鍍膜玻璃相比，具有優(yōu)異的隔熱效果和良好的透光性。但這些玻璃往往存在透光率低、隔熱效果不佳、工藝條件控制復(fù)雜、價(jià)格昂貴等一種或多種原因，限制了其發(fā)展和應(yīng)用。納米透明隔熱涂料的構(gòu)成近年來，隨著納米材料和制備技術(shù)的發(fā)展，某些金屬氧化物因具有特殊的光學(xué)和熱學(xué)性能逐漸受到人們的關(guān)注，并在建筑玻璃隔熱方面獲得了發(fā)展和運(yùn)用，例如：氧化銦錫(ITO)、氧化錫
3、銻(ATO)、氟摻雜氧化錫(FTO)、鋁摻雜氧化鋅(AZO)等，這些納米材料在可見光區(qū)有較高的透過率，而在紅外光區(qū)卻有較高的吸收率和反射率，將這些納米材料與樹脂復(fù)配成透明隔熱保溫涂料，并用于玻璃鍍膜和噴涂，可使玻璃在維持較高可見光透過率的同時(shí)提高對紅外波段的隔熱效果，從而使建筑玻璃具有較理想的透明和隔熱效果，對于降低建筑空調(diào)能耗和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有重要的意義。透明隔熱涂料的隔熱原理太陽輻射的能量主要集中在波長為0．2～2．5μm的范圍內(nèi)，其中：紫外區(qū)(波長0．2～0．4μm)占總能量的5%，可見光區(qū)(波長0．34～0．72μm)占總能量的45%，近紅外(波長0．72～2．5
4、μm)占總能量的50%?？梢?，太陽光譜中的能量絕大部分分布在可見光和近紅外區(qū)，其中近紅外區(qū)占太陽輻射總能量的一半，若能選擇性有效阻隔近紅外能量而維持一定的可見光透過率，即可實(shí)現(xiàn)透光隔熱(即不影響采光而達(dá)到紅外區(qū)隔熱)的目的。透明隔熱涂料的隔熱原理納米ITO、ATO等納米微粒對太陽光譜具有理想的選擇性，在可見光區(qū)透過率高，對紅外光卻具有很好的屏蔽性；而TiO2、Fe2O3、Al2O3等納米顆粒具有很強(qiáng)的紫外波段吸收能力，若將這些具有特殊功能的納米微粒分散后加入到樹脂溶液中，可獲得納米透明隔熱涂料，可用于玻璃或樹脂等表面形成透明隔熱膜。透明隔熱涂料的隔熱原理在水性聚氨酯中加入
5、納米功能粉體、消泡劑、潤濕劑等制得透明隔熱涂料，并用于普通白玻表面形成涂膜，測試涂覆透明隔熱涂料前后的透射光譜，如圖1，可看出玻璃隔熱涂層在可見光區(qū)具有很好的透光性，而對近紅外光線具有很好的屏蔽性。對于涂料透明隔熱機(jī)理，何秋星等提出ZnO、TiO2納米顆粒的屏蔽作用是基于對紫外光的吸收;透明隔熱涂料的隔熱原理通過對ATO/PU涂層進(jìn)行光譜性能測試，證明：ATO納米顆粒對紅外波段輻射以吸收為主，反射為輔;認(rèn)為透明隔熱涂膜對熱輻射阻隔作用是吸收和反射共同作用的結(jié)果，具體表現(xiàn)為涂膜吸收熱輻射使涂層溫度升高，然后經(jīng)對流傳熱將熱量傳遞給空氣，因此涂膜對于紅外輻射可起到“變相反射”作
6、用，當(dāng)空氣流動速度比較大時(shí)，空氣對流傳熱速率加快，涂膜將具有更好的隔熱效果。透明隔熱涂料的隔熱原理透明隔熱涂料的國內(nèi)外研究進(jìn)展目前，有關(guān)透明隔熱納米涂料的研究主要集中在美國、日本、韓國和歐洲等國，美國Nanophase公司率先將半導(dǎo)體納米材料(ITO、ATO、ZnO、A12O3、TiO2等)制成分散穩(wěn)定的水性或溶劑型漿料，然后再將其作為涂料應(yīng)用到玻璃鍍膜中，獲得隔熱、耐磨、紫外屏蔽和隔絕紅外線等復(fù)合功能。透明隔熱涂料的國內(nèi)外研究進(jìn)展Takeda等在樹脂基體中摻入ATO、ITO、LaB6等納米顆粒形成鍍膜，利用ATO、ITO阻隔波長較長的紅外光，而利用LaB6阻隔波長較短的
7、紅外光，使其在整個(gè)紅外波段具有低透光率，而在可見光區(qū)具有高透過率。Chonan和Kuno將ATO隔熱漿料與丙烯酸紫外光(UV)固化樹脂混合，制得隔熱涂料，將其涂在PET聚酯膜表面，所得涂膜對太陽輻射透過率低于56．5%;透明隔熱涂料的國內(nèi)外研究進(jìn)展Nishihara等采用共沉淀法制備出ATO和ITO納米粉體，并與樹脂復(fù)配，獲得的透明隔熱涂料在可見光區(qū)透光率大于80%、而在近紅外區(qū)透過率很低;Kaneko等把SnO2、ITO、ATO納米顆粒與聚丙烯酸酯制成復(fù)合涂料，其在可見光區(qū)吸收率幾乎為零，而對紅外熱輻射具有很好的阻隔作用。國
