太阳热反射隔热涂料

太阳热反射隔热涂料

可以说，地球上绝大部分能量都来源于太阳，煤炭、石油、风能、水的运动能都是太阳能的一种形式。现在太阳仍以大约1.77乘以10的17次方J/s的速度将能量辐射到地球表面，给地球生命提供了生存条件。但强烈的热辐射也给人类生活带来诸多不便。据分析，喷淋装置、空调、冷气机和电风扇等降温制冷设备每年所消耗的能量占全年总能量的20%以上。所消耗能量大部分又是煤炭火力发电产生，消耗煤炭—间接的太阳能，同时产生大量的二氧化碳等温室气体，加剧了全球气候变暖，如此恶性循环造成人类居住地球环境越来越恶化。如何合理地利用太阳能造福于人类，建立人与自然和谐共存的关系，是全人类所面临的共同课题与严峻挑战。直接利用太阳能发电是最环保，最有前途的主动利用太阳能的方法，但全面取代火电尚需时日。开发太阳热反射隔热涂料降低建筑物，设备表面温度是一种被动利用太阳能的方法，对节约能源、保护环境、创建人与自然的和谐关系具有重要的意义。太阳热反射涂料没有国标及行业标准，性能检测主要参考美国军标。2007年国家发改委发布了建材行业标准JC/T1040建筑外表面用热反射隔热涂料，除了其他于涂料有关的综合性能指标外，主要规定了太阳反射比和半球反射率这两个代表热反射隔热涂料性能的指标和测试方法。2008年9月，中华任命共和国住房城乡建设部发布了建工行业JG/T235—2008建筑隔热涂料。

太阳热辐射涂料国外20世纪50年代研制成功并投生产，70年代至80年代理论表述已经形成，90年代后期，随着技术的发展，高性能的树脂的合成，高反射的颜填料发现以及更精确、更快捷检测仪器的研制成功，使太阳热反射涂料技术更加完善。随着建设节能型社会的发展要求，太阳热反射涂料的研究在我国也呈现出方兴未艾的趋势。

1．太阳热反射涂料基本原理

太阳的能量产生于热核反应，以热辐射的形式向外发送，能量分布见表1 分区波长/um 占总能量/%

紫外区0.2～0.4 5

可见光区0.4～0.72 45

红外区0.72～2.5 50

表1太阳辐射能量分布

由表可见，太阳的能量主要集中在可见光和红外区。室温下或温度更低的一般物体，也不断地以红外光和波长更长的电磁波向外辐射能量。

一般物体对入射量有三种反应：反射﹑吸收和透过。若定义反射率为p,吸收率为⊱,透过率为t，则p+⊱+t=1。大部分物体是不透明的，此时t=0,p+⊱=1。大气对红外辐射在2.5～5um和8～13.5um有两个窗口，即大气对这两个区的红外辐射吸收能力较弱，透过率一般在80%以上。因此，要实现物体的持续降温，就要把吸收的热量尽可能通过这两个窗口辐射到外层空间去。

2.太阳热反射涂料的原材料及性能的影响

2.1树脂

太阳热反射涂料主要处于强太阳光的直接照射下，树脂必须能耐紫外线破坏，

因此，环氧树脂、芳香族聚氨酯等不宜用作基料树脂，除此之外大部分树脂如醇酸树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂、聚酯树脂、有机硅改性醇酸树脂、有机硅改性聚酯树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、有机硅树脂、含氟树脂等都可以用作太阳热反射隔热涂料的基料树脂。要求熟知的透明度高，透光率在80%以上（以颜填料反射），对辐射能吸收率低，（树脂分子尽量少含C—O—C、C=O、—OH）吸能基团）。郭年华研制了聚氨酯改性氯丙树脂太阳反射涂料，改性后的氯丙树脂使涂层性能有了明显提高，以改性树脂制得的白色漆热反射率高达75%，达到美国军标要求。

随着环保要求的不断提高，采用高固体分，无溶剂和水性树脂已成为涂料工业的发展趋势，因此，耐候性好且符合环保要求的无溶剂聚氨酯、硅丙乳液、水性氟树脂等成为太阳热反射隔热涂料的首选树脂。洪晓研制了太空绝热反射涂料，采用硅丙乳液和水性氟碳乳液作为膜基料，通过选择功能填料，产品热反射性能和隔热性能均达到或超过国外同类产品。

太阳热反射涂层处于太阳辐射直接作用下，太阳辐射到地面的光能中约有5%的紫外线，近年来，由于臭氧层破坏的加剧，太阳辐射到地面的光能中紫外线含量有上升的趋势。紫外线波长为290～400nm,能量为314～419KJ/mol,大部分聚合物自动氧化反应的活化能为42～167KJ/mol，离解能为167～418KJ/mol，除了F—C键具有485KJ/mol的高键能，能抵御紫外线进攻外，大部分聚合物的化学键都会被紫外线破坏。因此，高性能树脂一般都是含氟聚合物。

wayneS.Slemp发明了航天器对粒子辐射和太阳辐射稳定且能反射太阳辐射的封闭隔离罩及外用隔热涂层。封闭隔离罩作为基材，外用隔热涂层覆盖其上；外用隔热涂层，由3层组成：以透明的全氟乙烯·丙烯共聚物作为太阳能稳定涂层（12.5～12.5um），在其外表面熔融烧结一层聚酰亚胺如聚[N,N(p,p·氧基双苯撑)苯均酰亚胺]作为稳定涂层，在太阳能稳定涂层内表面沉积铝、银、金、铜作为反射层，再把反射层通过粘合剂等方式粘接航天器外壳上。

OralR.Van Buskirk以聚偏氟二乙烯和聚异丁烯酸酯与3（2·异丁基羟乙基）2，2·螺环乙基噁唑万烷聚物组成一种太阳能的混合物为粘结剂，以黑色尖晶石颜料Co、CuCr、CuCo发明了一种太阳能选择吸收涂层，其中树脂混合物有较好的抗紫外线能力，可用作太阳能热反射涂料的粘结剂。

2．2颜填料

涂层热辐射取决于颜填料折光指数（np）与树脂折数（nr）的比值（np:nr）、涂层厚度、颜填料粒径、颜填料纯度以及颜填料体积浓度等

当颜填料折光指数和基料的折光指数相等时，涂料是透明的，当颜填料的折光指数大于基料的折光指数时，涂料就有遮盖力。涂料的遮盖力大小取决于颜填料和基料折光指数之差。F=（np*nt）/（np+nt）式中F-反射系数，np-颜填料折光指数；nt-基料折光指数。可以看出，颜填料折光指数和树脂的折光指数相差越大，散射能力越强。颜填料的遮盖能力越强，散射能力越强。

树脂折光指数一般在1.45～1.50之间，醇酸树脂和环氧树脂的折光指数接近1.48，氟树脂折光指数较低，为1.34～1.42。

颜填料粒径与反射入射光的波长有关，对于最大反射的颗粒直径可表示为

d=0.9⋌(m2+2)/[np(m2-1)]。式中：d-颜填料的粒径；np-基料树脂的折光指数；m-颜填料散射能力；⋌-入射光的波长。