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透明隔热涂料及在节能玻璃中的应用

http://www.chem.hc360.com2018年01月18日11:38 来源:慧聪化工网T|T

    慧聪化工网讯:概述:在整个建筑能耗中门窗玻璃部分占到30-40%以上,透明隔热玻璃涂料是提高玻璃节能性能的重要新型方式。透明隔热涂料技术要求高,施工应用难度大,是近年来节能涂料领域发展的热点。随着透明隔热涂料标准、节能涂膜玻璃标准、涂膜应用规程以及涂膜节能玻璃门窗图集的完善以及纳米材料技术的发展,透明隔热涂料必将迎来快速发展的春天。

    作者:咸才军(1970--),博士、高工,长期从事纳米功能涂料的研究,中国玻璃隔热涂料联盟专家,北京首创纳米科技公司首席专家

    一、透明隔热涂料的主要成分

    透明隔热涂料是一种对可见光具有高透过性、对红外线或热辐射具有较好的反射性(或阻隔性)的涂料,该涂料主要有对太阳光具有光谱选择性的半导体金属氧化物微粒和透明树脂组成。

    美、日、韩等国家有关透明隔热纳米涂料的研究开展得比较早,研究的重点主要集中在无机功能材料的选择方面如ITO(氧化铟锡)、ATO(锑氧化锡)及氧化锡等。NanophaseTechnologiesCorporation将半导体纳米材料(ITO、ATO、ZnO、Al2O3、TiO2)首先制成稳定分散的水性或溶剂型浆料,然后再将其应用于涂料中,制得具有隔热、耐磨、紫外屏蔽和隔绝红外线等多功能性纳米涂料,并在多个领域得到广泛的应用。Triton Systems公司生产的Nanotufm Coatings中含有纳米Al2O3,研究表明该透明涂料的耐磨性是传统涂料的4倍,且该涂料还有隔热和耐化学腐蚀性能,可作飞机座舱盖、轿车玻璃和建筑物玻璃的保护涂层。

    国内方面,2002年左右南京工业大学赵石林等研制成功了含纳米ATO、ITO粉体的透明隔热涂料。其采用在水中分散好的氧化铟锡(ITO)水浆,以及有机硅树脂成膜剂,通过加入共溶剂并调整体系pH值制得了性能好的透明隔热涂料,该涂料具有良好的光谱选择性,在可见光区具有高的透过性,并能有效阻隔红外光区的热辐射。

    近年来纳米材料的制备和分散研究为制备价格适中、性能优良的透明隔热提供了一条新的思路,具有宽能隙的n-型半导体材料如氧化铟锡(ITO)、氧化锡锑(ATO)、掺铝氧化锌(ZAO)等以及各种参杂的半导体氧化物纳米级分散体已经得到批量生产,其在红外光区有高的阻隔率,在可见光区有高的透过率,在紫外区有高的吸收率,因此是理想的透明隔热材料。核心技术是纳米材料的均匀稳定的分散和对不同波段光波的优选复配。

    透明树脂(或乳液)是透明隔热涂料的另一种核心成分,一般选用丙烯酸、聚氨酯、有机硅树脂(乳液),形成透明的膜层,长期以来关于玻璃表面用透明涂料的成膜物质的研究较少,目前看来成膜物质的性能对透明隔热涂料的应用至关重要。成膜物质需要具备高透明性、高硬度、良好的附着力、耐冻融性、耐水性等,同时应具有良好的施工性,这样才能适应玻璃的长期使用环境要求。2011年发布的“建筑玻璃用隔热涂料”标准(JG/T338-2011)对透明隔热涂料提出了明确的要求,为透明隔热涂料的推广奠定了基础。

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    二、隔热原理

    透明隔热涂料主要通过阻隔太阳光中红外光部分的辐射热实现隔热功能。红外线的辐射热占太阳光总额能量的接近50%。

    透明隔热涂料在玻璃表面涂敷形成均匀的透明涂膜,涂膜中的纳米导电粒子含有一定浓度的电子空穴,而引起自由载流子的吸收,具体表现在太阳光谱中,波长在400~800nm的可见光区,涂膜透过率不受影响;波长在小于400nm的紫外线区,涂膜吸收率为90%左右;波长在800~2500nm的近红外区域,由于太阳入射光的频率高于涂膜中纳米导电粒子的振动频率,引起了其离子的高反射,对分布于红外波段占43%左右的太阳能量起反射阻隔作用。由此可见,纳米透明隔热涂料对太阳光谱具有选择性,从而表现出具有吸收紫外线,透过可见光,阻隔红外热辐射的综合性能。

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    三、主要性能指标

    透明隔热玻璃涂料的特点是在保证高透光性的前提下,可以阻挡太阳光中的大部分红外光进入室内,从而在炎热天气,可以大大减少太阳光热量进入室内。一般使用该涂料后,与未涂隔热涂料的建筑空间比阳光直射玻璃附近温度相差8~13˚C。 理化性能指标

检验项目 检测指标 备注
附着力(划格法,1 mm),级 0
硬度 4H  
耐水性 168 h无异常  
耐酸雨 168 h无异常  
耐碱性 168 h无异常  
耐温变性 无异常  
耐燃烧性 燃烧速率不大于100mm/min  
颜色均匀性 Eab3.0  
耐紫外线老化性 外观 不起泡、不剥落、无裂纹、无明显变色  
粉化,级 0  
附着力,级 0  
隔热温差,℃ 8~13˚C  
光学性能指标

检验项目 标准要求 备注
红外线阻隔率(% ≥70  
紫外线阻隔率(% ≥60 根据国家标准,无要求根据客户需求,可生产
可见光透过率(% 60-80 Low-E玻璃随着节能效果的提高,可见光透过率逐步降低

    四、节能涂膜玻璃的生产工艺

    将透明隔热涂料应用于玻璃表面,可以制成隔热节能涂膜玻璃。但涂料的涂膜工艺至关重要。长期以来涂膜玻璃的生产工艺一直是制约涂膜节能玻璃推广的重要因素。江苏晨光涂料公司与南京工业大学合作最早从事规模化生产工艺实践,北京首创纳米科技公司、北京建工技术公司等通过承担重大科技计划项目研制出了全自动涂膜玻璃生产线,实现了节能涂膜玻璃的规模化生产。设备采用自动打印喷涂、快速加热固化工艺。北京首创纳米公司生产的X2透明隔热涂料产品质量稳定高效,产品在北京、江苏等地得到了很多示范应用,通过了江苏省住建厅的认证,获得国内第一张“纳米涂膜节能玻璃产品推广证”,该产品技术也已列入北京市建筑节能地方规范。相对于LOW-E镀膜玻璃的生产线,自动涂膜玻璃生产线的成本只有几十分之一。

    利用透明隔热涂料进行现场玻璃涂膜加工处理是实现既有建筑门窗玻璃节能改造的重要手段,长期以来现场施工工艺一直是制约隔热涂料推广发展的主要因素。目前已经取得重要突破,基本实现了现场施工的一整套专用设备和施工验收规范,2016年“建筑玻璃膜应用技术规范”已经正式发布实施。

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    常用的淋涂施工工艺

    五、节能涂膜玻璃的应用

    大量的应用工程表明,利用透明隔热涂料进行既有建筑门窗玻璃现场施工处理可以很好地达到夏季隔热的效果。X2透明隔热涂料在北京、江苏等地都获得了明显的效果,以下分享一个实际案例。

    南京市玄武区某地产项目B区商务办公楼,剪力墙结构,地上33层,地下1层,建筑面积为14000m2,建筑总高度103.7m。该项目建成与2008年并投入使用。其中,门窗幕墙面积5900m2,原玻璃采用6+12A+6普通中空玻璃。该地区夏季平均高温31℃,夏季平均低温23℃,冬季平均高温8.6℃,冬季平均低温0.3℃,目标:要维持室内温度为20℃。

    运行一年后节约的电耗数据如下:

  夏季 冬季
白天 夜晚 白天 夜晚
 涂膜前电耗(度) 1863619.34 32943.50 97585.29 169417.71
涂膜后电耗(度) 1194324.86 19616.84 65116.00 113047.82
节能(度) 669294.48 13326.66 32469.29 56369.89
节约成本(元) 334647.24 6663.33 16234.64 28184.95

    由此可见,使用纳米透明隔热玻璃涂料后,可以明显降低用于空调的电耗。

    透明隔热涂料近年来发展很快,节能涂膜玻璃由于具有良好的节能效果和优异的性价比必将在未来的建筑节能领域具有光明的发展前景。

责任编辑:张一凡1

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