近红外反射涂料

1文献综述

1.1研究背景

一些国家在其发展的长过程中，曾经无节制地使用能源，但到了本世纪七八十年代，先是石油大幅度涨价，遭受到能源危机的严重打击，由此掀起了节能的高潮；接着又发现地球大气环境正在因此加剧破坏，人们这才痛苦地了解到，工业化给人们带来舒适和欢乐的同时，还在给人类带来苦果。这个环境问题不仅是工业污染造成的，高耗能建筑也正在造成严重的环境污染。由于建筑用能数量巨大，以及其对环境的重大影响，建筑节能事业就在世界上蓬勃兴起，成为大家共同关注的热点问题。

辐射到地球表面的太阳光能量，大约是每秒750w/m2。在太阳光的照射下，能量不断地积聚在被辐射的物体表面，使其表面温度不断升高。许多深色物体，在阳光直射下表面热平衡温度可以达到很高[1]。

物体吸收太阳辐射引起表面温度过高会给工业生产和日常生活带来诸多问题和不便。建筑物屋顶和外墙表面温度升高会引起周围环境和室内温度过高，降低生活环境的舒适度，增加空调制冷用电量。城市大量的市政建设导致的绿地减少，混凝土道路、沥青道路、建筑物覆盖面积的增加使整个城市范围过多地吸收太阳辐射能量，从而使城市的“热岛效应”越来越明显[2]。

1.2国内外对应建筑节能的一些措施

1.2.1 国外对应建筑节能的一些措施

一些能耗大国出巨资发展建筑节能事业。美国的“能源之星”计划于1992年由美国环保署（EPA）所启动，目的是为了降低能源消耗及减少发电厂所排放的温室效应气体。

此计划并不具强迫性，自发配合此计划的厂商，就可以在其合格产品上贴上能源之星的标签。最早配合此计划的产品主要是电脑等资讯电器，之后逐渐延伸到电机、办公室设备、照明、家电等等。后来还扩展到的建筑，美国环保署于1996年起积极推动能源之星建筑物计划，由环保署协助自愿参与者评估其建筑物能源使用状况（包括照明、空调、办公室设备等）、规划该建筑物之能源效率改善行动计划以及后续追踪作业，所以有些导入环保新概念的住家或工商大楼中也能发现能源之星的标志。

1.2.2 国内对应建筑节能的一些措施

我国是一个发展中大国，又是一个建筑大国，每年新建房屋面积高达17-18亿平方米，超过所有发达国家每年建成建筑面积的总和。中国是一个能耗大国，能耗总量排在世界第二，而建筑业在总能耗中所占比例较大。随着全面建设小康社会的逐步推进，建设事业迅猛发展，建筑能耗迅速增长。所谓建筑能耗指建筑使用能耗，包括采暖、空调、热水供应、照明、炊事、家用电器、电梯等方面的能耗。其中采暖、空调能耗约占60%-70%。我国既有的近400亿平方米建筑，仅有1%为节能建筑，其余无论从建筑围护结构还是采暖空调系统来衡量，均属于高耗能建筑。单位面积采暖所耗能源相当于纬度相近的发达国家的2到3倍。

另一方面在建筑业、石油及化学工业、运输业等领域，由于冬季气温的下降，也影响了设备的工作效率，消耗了大量的能源，尤其是在不属于冬季采暖区的地方表现得更为突出。根据油罐在冬季运行情况，得出每个油罐在冬季4至5个月内，加热运行比不加热运行增加原油消耗249.14吨。此外，水、电方面的消耗及设备保养维修方面的费用也会大大增加。

另外，在严寒地区，无论是日常生活还是工业生产，更必须满足冬季保温的要求。我国的煤炭生产基地大多在冬季比较寒冷的北方，在冬季的煤炭运输过程中出现的冻箱

问题，严重困扰着煤炭生产与运销企业。

为此，开发高效的保温隔热涂料，使其在不消耗能量的情况下，能有效地降低夏季暴露在太阳下的物体的表面温度，以及提高冬季寒冷地区物体的内部温度，从而在源头上阻止热的传导，达到节省能源、降低消耗、提高安全的目的。

1.3国内外技术现状及发展趋势

1.3.1 国外技术现状及发展趋势

美国是涂料工业发达的国家，建筑涂料占涂料总量的50%，90%的建筑物外墙用各种优雅的调和色涂料装饰。日本是世界涂料生产大国，涂料年产量居世界第二位，仅次于美国，建筑涂料产量占涂料总产量的30%。西欧像德国、瑞士等国家，80%外墙使用涂料装饰，意大利、西班牙等地中海沿岸国家，66%的外墙用涂料装饰。亚太地区近几年来建筑涂料发展迅速，一些国家的政府从美化环境出发，颁布了相关政策法规，为建筑涂料的消费量迅速增长提供了有力的支持。

反射型涂料研制最初是为了满足军事上的需要而发展起来的，美国等国家对作为热反射的近红外反射涂料做了一定的研究，已经有少部分产品得到实验性应用，但因其技术保密，因此所见的报道多是在基体物质上涂敷一层反射近红外辐射涂层，最终产品为具有反射近红外功能的物质[3-5]。

目前有两套体系来研究红外反射型涂料，其一是改善树脂，赋予涂层良好的粘结度、抗玷污等性能；其二是对填料的处理，获得反射比和发射率都很好的材料。

1495年，美国Alexanderscbw博士用多层铝膜及其间的静止空气制得了新型的组合系统，开创了反射建筑绝缘的新纪元。20世纪70年代末期，快速发展的建筑技术，使得辐射致冷和反射绝缘技术有了巨大的发展[6]。

Johnson Joel A等人[7]的研究结果显示，硅酸钾包覆的ZrO2陶瓷球可以提供更高光散射率、反射率，并且短波反射率较长波反射率高。他们还发现包覆层的厚度和陶瓷球的大小对光的散射、反射效果影响很大。包覆层的厚度越薄、陶瓷球越小，对光的散射、反射率越高。改性的ZrO2陶瓷球在380-1000nm拥有最好的光散射、反射率，与相同尺寸的金红石型TiO2颜料相比效果提高了1/3，是现在通用的ZrO2陶瓷球的10-20倍。

在美国佛罗里达州，白色是使用在屋顶上最好的颜色。反射的白色屋顶可以降低冷却费用高达20%或更多。普通灰色颜料的太阳能反射率只有8%，而白色木瓦可以反射25%到34%的太阳光，最好的结果是使用白色的金属及水泥瓷砖，可以反射约66%至77%的热量。越高的反射系数代表顶楼房间的温度越低，因此冷却负载就越少。高反射系数的屋顶可减少用电高峰时的冷却需求，而且可能是最有效的控制方式。

但是对于社会来说，我们不可能将房屋都涂成白色。因此，一种深色的并且具有高反射率的颜料正在美国的加利福尼亚州住房建筑业被应用[8]。

1.3.2 国内技术现状及发展趋势

自上世纪七十年代以来，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