建筑节能用水性纳米隔热涂料的制备与性能研究

莫雨1祝丽娟2朱玲嘉3

1.沈阳科技学院化学工程系辽宁省沈阳市110167；

2.河北大学河北省保定市071000；3.沈阳科技学院经济系辽宁省沈阳市110167

摘要：隔热涂料是一种用于建筑涂料表面的新型功能型涂料，可广泛应用于工业和建筑等行业，具有良好的推广前景和社会经济效应。在隔热涂料的研究领域中，中国及世界其他国家仍处于初始阶段，存在着大量的不足。如:抗拉性差、易刺穿、材质柔软性差、不可受压等缺点。水性纳米隔热涂料在传统基础上添加具有高太阳反射率的纳米涂料，以氧化锆、氧化铝是填料，二氧化钛是一种颜料，大幅度地降低了待涂物体表面和内部的温度，进一步提高了隔热效果；同时以丙烯酸乳液和苯丙乳液为成膜涂料，水作为溶剂，制备了一种多功能水性纳米复合隔热涂料，而且还解决了涂层涂料因含有机溶剂而污染环境的问题。这种隔热涂料具有以下优点：隔热效果好、材质轻薄、环保、施工方便、附着力强和廉价等优点。该水性涂料涂弥补了市场上隔热涂料的缺陷，使得它的综合性能得到提升。

关键词：隔热涂料；纳米；水性涂料；隔热效果

1前言

近年来，随着科学技术的发展和国家对节能环保提出的新政策，节能减排已经成为了中国关注的话题。由于高性能纳米涂料制备技术的进步，对隔热涂料引入纳米技术已经成为了全球关注的热点问题。在中国的一般过程是将对象的接口上沉积的SnO2/Me或ZnS/Me的金属膜的层。虽然隔热效果显著，这个过程是复杂的，并且受工作环境的限制，从而影响了其实用性和耐用性。传统的国外过程制备方法使用金属电镀，银粉漆和热绝缘。绝缘层由玻璃纤维和塑料泡沫的，虽然隔热效果好，当热能被引入到内部空间中，即使外部温度显著下降，热能也很难被释放出来。水性纳米隔热涂料解决了涂层涂料因含大量有机溶剂而污染环境的问题，使得隔热涂料的综合性能进一步得到提升，弥补了国内外市场上的隔热涂料存在的弊端。因此，它具有与时俱进的经济效益，环境效益和社会效益。

2水性纳米隔热涂料概述

水性纳米隔热涂料是一种采用纳米技术研制的隔热涂料，它具有阻挡、辐射太阳光近红外热量的功能性，可用于建筑和工业等行业。它可以使屋面隔热降温，降温效果能够与空调媲美，而且施工方便和节能降耗。具有隔热、美观、防锈、防腐、工期短、见效快等特性。该隔热涂料具有取代保温棉、夹层铁皮、水喷淋系统和发泡海绵等的趋势。中国的隔热涂料从特性原理分类主要有三种，分别是高温隔热涂料、墙体隔热涂料和反射隔热涂料，这三种隔热涂料的隔热效果是在中国市场上销售的隔热涂料中隔热效果比较好的。

3国内外研究现状

中国对隔热涂料研究时间还比较短，市场上销售的产品的使用性能存在许多弊端，国内的科研人员和涂料专家反复对隔热涂料进行改良，在他们的努力下，中国有两种隔热涂料从特性原理上得到了提高，分别是高温隔热涂料和墙体隔热涂料。美国科研人员根据化学热力学中绝热原理研制出了一种具备隔热涂料的隔热效果和理想的保温效果的绝热涂料。把它涂装在建筑物的外墙表面，可以把外墙及室内看成研究系统，由于绝热涂料的存在，导致系统和外界环境交换的热量为零，因此室内可以达到很好地降温效果，但是这种涂料的耐用性极差，使用寿命不长。

4水性纳米隔热涂料的机理

太阳的热辐射光谱范围

表1太阳辐射能分布

地球上的光与热的主要来源是通过太阳的电磁辐射，地球可以接受到太阳以辐射能的形式发射的波长范围为0.25～2.5m，波长超过2.5m的辐射能小于10％，而波长范围为0.25～2.5m的太阳热辐射因波长不同而有不同的影响。

5研究的意义

近年来，随着科学技术的发展和国家对节能环保提出的新政策，全球经济的日益提高，人们对于生活的要求也逐渐增强，为了满足人类的需求，全球的科研人员及其相关工作者对于隔热涂料的改良已经成为当今社会的一种趋势，对隔热涂料引入纳米技术已经成为了全球关注的热点问题。目前，国外在隔热涂料的理论研究方面较完善，已广泛应用于各领域。国内在隔热涂料研究的报道较少，通过对乳液的改性来改变涂层的物理和化学性能，颜料和功能性填料对隔热效果的贡献等方面的研究较少，关于隔热涂料的理论研究不能提供一个系统的参考依据；另外涂料的隔热效果还不够理想，耐用性、需要改善环境保护和粘附等综合性能。

6应用前景预测及经济效益分析

一应用前景预测

当天气越来越炎热时，人们在修建房屋的时候就渴望设计出冬暖夏凉的房屋结构。水性纳米隔热涂料不仅可以满足人们的要求，还对人体没有伤害。该涂料的施工非常方便，涂装后的效果也非常美观，耐用性久。它的降温效果可以和空调媲美，节能环保。普通家庭也能够承受得起它的销售价格。

二经济效益分析

（1）社会经济效益

水性纳米隔热涂料具有不容忽视的经济效益，可以广泛应用于工业和建筑等行业，它具有隔热效果好，重量轻，无毒，施工方便，附着力强，价格低廉的优点，还解决了国内外市场上隔热涂料污染环境问题。国内许多公司都在销售隔热涂料，如：北京泽马公司、广州国锐隔热涂料有限公司、雅艺隔热涂料有限公司等公司。

（2）发展趋势

建筑节能用水性纳米隔热涂料产品的发展趋势总结为以下几点：提高性能，增加功能，环境友好，降低生产成本。一些新产品，如纳米隔热涂料、高温隔热涂料、反射隔热建筑涂料、墙体隔热涂料和环境友好型涂料等发展前景非常好。对水性纳米隔热涂料的质量的提高具有实际要求和较大的发展空间。

7结论

（1）在众多的成膜基料中，丙烯酸乳液和苯丙乳液是相对较好的；二氧化钛作为隔热涂料的颜料不但效果良好，而且美观；以水为溶剂，可以吸收涂层中的有机物，达到环保的目的；纳米材料氧化锆和氧化铝为隔热填料，隔热效果更好。

（2）制备的多功能水性纳米复合隔热涂料具有优异的隔热性能，其中钛白粉在涂料中的最佳含量为30%～40%，纳米氧化锆在涂料中的最佳含量为6～7%，纳米氧化铝在涂料中的最佳含量为10～15%。隔热涂料的最佳涂层厚度为0.3～0.4mm。

（3）涂膜的不同厚度对隔热效果的影响巨大，通过实验发现涂膜的厚度为0.4mm。在红外光照射下，未涂覆纳米隔热涂料的涂层的内部温度比涂覆涂层结构高20～30℃。水性纳米复合隔热涂料表现出显著的隔热效果。

参考文献

[1]纳米隔热浆料的制备及其在隔热透明涂料的应用研究[D].深圳大学，2017.

[2]王春晓，黄文章，陈秋林，等.纳米ATO隔热涂料中水性分散料的制备和研究[J].广州化工，2018，46(12).

[3]荣金闯，吴平，王哲，等.ATO/PU透明隔热涂料的制备与性研究[J].现代盐化工，2018，45(1):36-38.

[4]孟永刚建筑与环境设计用水性聚氨酯涂料的应用现状及研究进展[J].表面技术，2018，47(4):274-280.