反射隔热保温涂料研究的最新进展
一般来说，建筑材料的能耗过程包括材料生产过程、施工安装过程和使用过程等，而目前我国的建筑物约90%以上是非节能建筑，因此建筑节能已经成为我国节约能源的重要目标之一。有资料表明，我国建筑使用过程中所消耗的能量已占社会总能耗的27.6%，而且经济越发达、生活水平越高，这个比例也会越大。当前，我国每年约有近4万亿的房地产投入，以及近20万亿m2的竣工建筑面积，可以预料，建筑涂料的用量会急剧增加，因此建筑物节能已成为牵动社会经济发展全局的大问题[1]。
党的十八大报告提出了推动新型“城镇化”的规划，从报告内容看，新型城镇化已经上升到国家战略层面。国务院副总理李克强多次指出：“未来几十年最大的发展潜力在城镇化”，这表明我国城镇化将进入一个高速发展的时期。城镇化建设的高速发展将导致城市人口的急速增长，加之产业发展、汽车拥有量猛增、建筑物越来越多，这些都会使城市的“热岛效应”变得越来越明显，从而使城区内的平均温度会比城区外温度高出4~8℃。而且，随着全球变暖的气候状况和能源消耗量的日益增加，可以预料城市的这种“热岛效应”会更为突出，这将使建筑物对隔热、保温的要求会更加迫切，因此隔热保温涂料已经成为新材料研制和生产的新热点[2-3]。
建筑涂料是涂料生产中最大的品种，也是建材行业生产和销售中非常重要的产品。然而，以往的隔热保温技术主要是采用低导热系数的材料来实现对建筑物的隔热和保温。特别是由于要考虑到建筑物的荷重，因而大都选用轻质的有机材料来实现建筑物的节能和保温，如常用的聚苯板材料厚度达到30~50mm，且其保温体系结构复杂，施工难度很大。与此相反，隔热保温涂料是通过在建筑物内外墙和顶部涂复一层具有阻隔、反射、辐射等作用的涂层来实现节能和保温目的的薄型功能性涂料。近年来，市场上已经有一些隔热保温涂料销售，主要通过在涂料中加入空心玻璃微珠和特种陶瓷粉末来进行隔热保温，但其隔热效果并不是很好，并且一般需要在外层再涂一道保护漆，还存在着容易剥落、开裂，施工较为复杂等缺点[4]。此外，由于目前大量使用的溶剂型涂料的刺激性气味大，容易对人体造成危害，已经在市场上逐渐受到了冷落，而水性涂料因为具有无毒、无味、不易燃等诸多优点，越来越受到了广泛的青睐。随着消费者对自身健康的重视，以及外界气候条件、消费习惯等因素的影响，水性涂料在日本、欧美国家的市场占有率已在60%以上，而我国这一比例则明显偏低。此外，从20世纪70年代开始，一些工业发达国家就已经开始研究可反射太阳热能的保温涂料，国内不少单位也在传统水性涂料配方的基础上加入具有高反射率功能材料，开始了新型保温涂料的研究和开发，以取代目前大量应用的有机隔热材料，逐渐地，反射隔热保温涂料成为了涂料研发的一个重要方向。有研究表明，温度每降低1℃所需能耗是将温度升高1℃所需能耗的4倍，可见降温远比升温的难度大。为此，研制高性能的反射隔热涂料，实现有效降低建筑物、各种设施的表面温度，对于保护环境、节省能源和改善生活环境等都具有非常重要的意义[5]。
一、国内反射隔热保温涂料的主要研究进展近年来，国内一些院校、研究所和企业投入了巨大的人力和物力进行新型隔热保温涂料的研究和开发，在多方面取得了不少的研究成果，利用高反射率空心玻璃微珠进行新型保温涂料的研制是目前较为突出的热点之一。
杨鸿斌等采用正交实验没计，通过用高反射率的空心玻璃微珠对硅酸铝保温涂料改性，研究了乳液及各种颜填料对涂料反射率的影响。结果表明，颜填料对涂料反射率影响的次序为：空心微珠>二氧化钛>海泡石>硅酸铝，而乳液品种对于涂料的反射率影响不大；而且当空心玻璃微珠的加入量增加时，涂料的反射率也随之增大，在空心玻璃微珠的含量为35%时，隔热保温涂料的热反射率达到最大；另外还表明，当使用空心玻璃微珠和折射率较高的白色颜料可有效提高涂料的隔热效果[6]。张熠等研制的反射隔热保温涂料是一种主动式和智能型的涂料，是通过反射太阳光来达到隔热的目的，其主要起反射作用的是具有隔热保温功能的乳液协同高折射率微珠[7]。余龙等人是在传统水性涂料配方的基础上加入高反射率的空心玻璃微珠和超细二氧化钛组成的复合颜填料及红外辐射型复合功能填料，制备出一种高反射和高辐射为主、传统隔热为辅的新型水性隔热涂料[8]。孟庆红所研制的水性薄层反射隔热保温涂料具有良好的隔热保温效果，且具有无毒、无味、无污染的特点，属于一种环保型的节能涂料[9]。
最近的研究表明，功能材料的不同掺和方式和不同配比，对于保温涂料的隔热效果有很大的影响。彭红等人通过采用单掺、复掺的方法，优化填料的掺量获得最佳配方。涂料性能的测试结果表明，红外粉末对建筑物吸收的热量具有一定的发射功能，能加快室内降温的速率，是一种主动降温型的新型保温涂料[10]。另外，孟昭辉等人通过对成膜基料、功能性颜填料的种类、含量对涂层隔热性能的影响的考察和检测数据对比，研制出基料用纯丙乳液、颜填料使用具有高折射率的金红石型钛白粉及空心玻璃微珠的一种保温涂料。测试表明，这种涂料的反射隔热效果随着隔热填料含量的增加而增强，当隔热填料含量达到13%时，反射隔的热效果达到最大值[11]。刘力(博客)等用硬硅钙石为阻隔填料，以金红石型二氧化钛和空心玻璃微珠为功能填料，制备了一种建筑外墙隔热涂料。
试验结果表明：当单掺硬硅钙石、金红石型二氧化钛和空心玻璃微珠均可提高涂层的隔热性能；复合掺入硬硅钙石、金红石型二氧化钛和空心玻璃微珠可进一步提高隔热性能，当各以上几种功能填料的掺入量分别为9%、30%、15%时，涂层的反射率可达93.69%。按照我国JG/T235-2008《建筑反射隔热涂料》进行检测，涂料对于波长为250~2500nm范围内的太阳光的反射率可达0.85，半球发射率为0.87，隔热温差为13℃，均高于标准的规定[12]。王永娟等人用特殊粉体和耐水性、耐候性好的环保型高分子聚合物配制成的隔热涂料，其用空心粉体能有效阻隔太阳光的长、短波85%~90%的热能，使建筑物所吸收的热量大幅度降低。由于这种隔热涂料具有良好的弹性、耐候性和耐水性，且其在25℃时的导热系数小于0.0563W/(mK)，因而当涂膜厚度仅为0.5~0.6mm就可以达到良好的隔热保温效果[13]。
随着各方面研究工作的不断深入展开，一些高性能的隔热保温涂料也不断研制成功。陈中华等在纳米掺锑二氧化锡(ATO)浆料中加入纳米二氧化钛粉体和其他具有高反射、高辐射性能的颜填料，研制成功一种水性复合隔热保温涂料。测试结果表明，金红石型二氧化钛的反射性能最好，当其用量在18%时涂层隔热性能最好；绢云母具有一定的辐射隔热效果，当其质量分数为11%时，涂层性能最优，辐射率可达0.86；当纳米ATO浆料用量为10%时具有最佳用的隔热保温效果；且当纳米ATO和纳米二氧化钛在涂料中加入的质量比为1∶2时，在全波段(200~2500nm)保温涂层的太阳热反射比高达86%，而且辐射率达0.86[14]。
近年来，在研制和开发新型保温涂料的同时，一些基础性的研究也取得了很大的进展，如林惠赐等以特定的参照建筑物计算了其外装饰材料的太阳能阻隔率(ρ)与建筑物空调年耗电量指数(ECFc)的关系。
