ZW－60系列陶瓷隔熱防水涂料的機(jī)理與工程應(yīng)用

徐 中，丁啟龍，趙西江，錢(qián)風(fēng)超

（1.大連理工大學(xué)，遼寧大連 116023；2.大連化工股份有限公司，遼寧瓦房店 116308）

新產(chǎn)品 新技術(shù)

ZW－60系列陶瓷隔熱防水涂料的機(jī)理與工程應(yīng)用

徐 中1，丁啟龍2，趙西江1，錢(qián)風(fēng)超1

（1.大連理工大學(xué)，遼寧大連 116023；2.大連化工股份有限公司，遼寧瓦房店 116308）

介紹了ZW－60及ZW－60TM陶瓷隔熱防水涂料的作用機(jī)理，選擇獨(dú)特材料成膜不僅具有較強(qiáng)的反射、輻射能力，還有優(yōu)異的耐腐蝕性以及卓越的綜合物理、機(jī)械性能。文中通過(guò)搭建測(cè)試平臺(tái)并結(jié)合大化集團(tuán)大連化工股份有限公司堿廠包裝車(chē)間的工程應(yīng)用情況，監(jiān)測(cè)分析得出該涂料具有明顯的隔熱性能，車(chē)間內(nèi)平均降溫12～15℃。

陶瓷涂料；隔熱；作用機(jī)理；工程應(yīng)用

太陽(yáng)能是人類(lèi)活動(dòng)的必備條件，但強(qiáng)烈的輻射給工業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來(lái)諸多問(wèn)題和不便。為了適應(yīng)建筑業(yè)、石油工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)等的迅速發(fā)展，自十九世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)外開(kāi)始對(duì)隔熱涂料的相關(guān)研究，近幾年，國(guó)內(nèi)隔熱涂層的研究也取得了顯著的進(jìn)步［1］。大化集團(tuán)大連化工股份有限公司位于大連市松木島工業(yè)園區(qū)內(nèi)，堿廠包裝車(chē)間因采光的需要，屋頂采用透明玻璃鋼和彩色玻璃鋼相間組合的模式，但因常年受日光照射的影響，室內(nèi)溫度在春夏季節(jié)高達(dá)45～50℃左右，嚴(yán)重影響了車(chē)間內(nèi)操作人員的正常工作，由大連理工大學(xué)和大連綠陶節(jié)能新材料有限公司共同研制開(kāi)發(fā)的ZW－60陶瓷隔熱涂層有效的改善了車(chē)間內(nèi)的溫度環(huán)境，充分提高了生產(chǎn)效率。

隔熱涂層是一種通過(guò)阻隔、反射、輻射等機(jī)理來(lái)降低被涂物內(nèi)部熱量的積累，從而達(dá)到節(jié)能和改善工作環(huán)境或安全等目的的功能性涂料，主要包括阻隔型、反射型和輻射型。

1 作用機(jī)理

1.1 太陽(yáng)光熱能分布

光學(xué)和氣象紅外學(xué)認(rèn)為，太陽(yáng)光輻射能量大部分（96%）集中在2.5μm以下波段內(nèi)［2］，太陽(yáng)光譜分布如圖1所示。

圖1 太陽(yáng)光譜圖

1.2 ZW－60陶瓷隔熱防水涂料的機(jī)理

根據(jù)熱傳導(dǎo)理論，傳熱以導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射3種方式進(jìn)行。通常，輻射傳熱占50%～60%，以紅外線向外傳播；物質(zhì)傳導(dǎo)熱占30%～50%；對(duì)流傳熱占10%～15%。因此，選擇的材料，需對(duì)熱具有高阻抗，對(duì)光和光能（包括可見(jiàn)光、近紅外光、遠(yuǎn)紅外光）具有極強(qiáng)的反射能力，而材料本身又能將物體內(nèi)吸收的熱大部分（85%～90%）輻射散發(fā)出去（如圖2），避免熱射線穿透材料物體，減少材料物體內(nèi)熱的傳導(dǎo)和蓄積，以達(dá)到理想的絕熱效果。

圖2 ZW－60陶瓷隔熱原理

由太陽(yáng)光譜能量分析，太陽(yáng)能絕大部分處于可見(jiàn)光和近紅外區(qū)，即400～1 800nm范圍。在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)，反射率越高，涂層的隔熱效果就越好。因此，可制得高反射率的涂層，反射太陽(yáng)熱，以達(dá)到隔熱的目的。透明隔熱涂料是一種能將太陽(yáng)光中的熱量（主要是紅外線部分產(chǎn)生）由涂料表面反射回去，留住可見(jiàn)光，從而生產(chǎn)出隔熱透明作用的納米透明隔熱涂料。

ZW－60TM透明隔熱涂料主要成分是銦錫和錫銻合成的氧化物，由于該氧化物具有的獨(dú)特性能，對(duì)太陽(yáng)光譜具有理想的選擇性，是目前已知半導(dǎo)體材料中解決隔熱問(wèn)題綜合性能最佳的材料。因此選擇納米級(jí)銦錫和錫銻合成氧化物制備透明隔熱涂料，可以保證其高性能，它不但透光性好，而且能有效隔絕太陽(yáng)熱輻射，只需涂刷1～20μm的厚度，就可使室內(nèi)外溫差達(dá)到10℃左右，紅外屏蔽率達(dá)到70%，可見(jiàn)光透過(guò)率達(dá)到80%，紫外線阻擋達(dá)到99%。

2 ZW－60陶瓷隔熱防水涂料試驗(yàn)方法

針對(duì)隔熱涂層性能的測(cè)試，目前國(guó)際上并沒(méi)有統(tǒng)一的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，因此，采用美國(guó)軍方標(biāo)準(zhǔn)MIL－E－46136［3］及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)綜合性能試驗(yàn)方法分別對(duì)ZW－60及ZW－60TM陶瓷隔熱防水涂料進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。

2.1 ZW－60系列試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

涂刷ZW－60及ZW－60TM透明陶瓷隔熱防水涂料，具體結(jié)構(gòu)如圖3、圖4。

2.2 試驗(yàn)測(cè)試方法

根據(jù)參考文獻(xiàn)［1，7］，搭建兩個(gè)試驗(yàn)樣板房，房頂采用玻璃剛瓦壟板，周?chē)镁郾揭蚁┡菽暹M(jìn)行保溫處理，將ZW－60系列陶瓷隔熱防水涂料涂覆于其中一個(gè)樣板房房頂，分別用3臺(tái)溫度記錄儀（型號(hào)：ZDR－11）同步測(cè)量涂裝樣板房、另一樣板房和外部溫度，試驗(yàn)每隔30min同時(shí)對(duì)此溫度計(jì)進(jìn)行讀數(shù)并記錄，同步檢測(cè)對(duì)比他們的溫度值，以評(píng)價(jià)ZW－60系列陶瓷隔熱防水涂層的隔熱效果。

規(guī)格：長(zhǎng)×寬×高＝270×225×243mm；

玻璃鋼瓦壟板：長(zhǎng)×寬×厚＝265×220×2.3mm；

具體搭建試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)裝置示意圖

2.3 試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)記錄可以得出以下結(jié)果：

①未涂裝室溫度達(dá)到50℃以上時(shí)，涂裝室溫度在37℃左右，兩室溫差在14℃左右；未涂裝室溫度達(dá)到45℃左右時(shí)，涂裝室溫度在36℃左右，兩室溫差在11℃左右；未涂裝室溫度達(dá)到35℃左右時(shí)，涂裝室溫度在28℃左右，兩室溫差在7℃左右。

②兩室溫差在環(huán)境溫度達(dá)到35℃以上時(shí)，可達(dá)到10℃以上；當(dāng)外部溫度在20～30℃時(shí)，溫差可達(dá)到8℃左右。

③涂裝室溫度變化平緩，涂料具有良好的保溫性能。

④隨著環(huán)境溫度的升高，涂裝室與未涂裝室的溫度差逐漸升高，隔熱效果越發(fā)明顯。

2.4 其他主要性能測(cè)試結(jié)果

ZW－60陶瓷隔熱防水涂料的其他主要性能包括附著力、耐腐蝕性能等，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行檢測(cè)。

①附著力測(cè)試：利用劃格法測(cè)試涂層樣板（基材為50×100×0.2－0.3mm馬口鐵試片），測(cè)試附著力等級(jí)為1～2級(jí)。

②耐水性測(cè)試：把樣板（基材為玻璃鋼瓦壟板）放在（35±1）℃水中浸泡48h檢測(cè)，觀察涂層的變化，發(fā)現(xiàn)涂層表面完整，無(wú)起泡現(xiàn)象。

③耐鹽性測(cè)試：配制NaCl溶液（NaCl濃度為3 %），把樣板（基材為玻璃鋼瓦壟板）浸入其中48h，常溫狀態(tài)下，觀察涂層的變化，發(fā)現(xiàn)涂層表面完整，無(wú)起泡現(xiàn)象。

④耐堿性測(cè)試：配制NaOH溶液（濃度為10 %），把樣板（基材為玻璃鋼瓦壟板）浸入其中48h，常溫狀態(tài)下，觀察涂層的變化，發(fā)現(xiàn)涂層表面完整，無(wú)起泡現(xiàn)象。

3 ZW－60陶瓷隔熱防水涂料的工程應(yīng)用

大化集團(tuán)大連化工股份有限公司堿廠包裝車(chē)間，在不影響車(chē)間采光的前提下，選用ZW－60及ZW－60TM同時(shí)實(shí)現(xiàn)隔熱采光功能，具體非采光帶與采光帶表面效果圖如圖6。

圖6 ZW－60及ZW－60TM表面效果

施工結(jié)束后整體效果圖如圖7。

圖7 堿廠包裝車(chē)間屋頂施工效果圖

在工程現(xiàn)場(chǎng)選取不同天氣的4天時(shí)間，每隔30 min同時(shí)對(duì)涂裝車(chē)間溫度、未涂裝車(chē)間溫度和外部環(huán)境溫度，進(jìn)行讀數(shù)并記錄。記錄結(jié)果如圖8～11所示。

綜合以上溫度記錄結(jié)果，車(chē)間在未涂裝前的溫度高達(dá)45～50℃左右，涂裝之后溫度在25～30℃左右，與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果一致，達(dá)到了隔熱降溫的同時(shí)又很好的符合了車(chē)間原采光設(shè)計(jì)，改善了工人的工作條件，充分提高了生產(chǎn)效率，在工程實(shí)踐中得到了很好的應(yīng)用。

4 結(jié) 論

ZW－60陶瓷隔熱防水涂料在工程實(shí)踐中溫度可降低14℃左右，具有非常好的隔熱效果，而且隨著環(huán)境溫度的升高，隔熱降溫效果越發(fā)明顯，同時(shí)還擁有較好的綜合性能。

隨著節(jié)能減排的社會(huì)需求，ZW－60的隔熱保溫性能好、成本低、綜合性能優(yōu)異、環(huán)保、方便施工、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)使其具有非常好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，在工程應(yīng)用中的作用也將越來(lái)越明顯。

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1005－8370（2011）06－42－04

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