关于外墙用纳米保温隔热涂料的研究

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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

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。

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

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0.8~1.2?m、长度30~50?m，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0.9~2.4?m范围，厚0.25?m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%。