保温涂料研究进展

2011-08-15王勃

黑龙江科学 2011年2期

王勃

（黑龙江省科学院石油化学研究院，黑龙江哈尔滨，150040）

保温节能是我国一项长期的基本国策。通过保温节约的能源是无污染的能源，其投资少、见效快、简便易行,比无节制地大量开采、消耗不可再生资源更为经济更具有社会效益。我国是个能源资源并不丰蕴的国家，被喻为第五能源的“节能”就显得日益重要。一方面是能源匮乏，一方面是利用率太低、热损失太大。而造成能源利用率低下的一个重要因素，便是节能保温材料的落后，导热系数高，保温效果差。纵观我国传统的保温材料，大多数节能效果不理想，如：石棉制品，珍珠岩制品，硅酸铝制品，以及发泡聚苯乙烯制品等，它们有的带有毒物质，有的带尘埃污染，有的施工复杂，且易于脱落，有的还需要添加包、扎、捆、缠等工艺。尽管如此，遇到异形的管道、球体、旋转体、阀门、法兰等异形设备及死角区时，仍施工困难重重。这些传统的保温材料至今仍占领我国保温材料市场的主流。开发新型的保温材料、升级换代传统保温材料，是保温材料领域当务之急。

保温涂料作为保温绝热材料系列中的一个新品种有其独特性能。具有保温面基体附着力强，整体密封性好，无接缝，与保温面基体紧密黏结。其以固体颗粒为骨架、硅酸盐纤维形成经纬网状结构，网中由微泡剂产生的大量微泡填充，保持了涂层松软有弹性，不易因金属热胀冷缩、振动等而脱落，因此可杜绝传统保温材料的“热桥”现象及块型接缝处的散热损失。使保温节能综合效果有质的飞跃。它综合了涂料及保温材料的双重特性，完全摈弃了传统的包、扎、捆，改用涂料施工的喷、涂、抹，降低保温施工难度、费用，避免毒素、粉尘等对环境的污染及对施工人员身体健康的损害。

随着人类生产的发展和生活水平的提高，能源的消耗日益增加，世界性的能源危机趋势已不可避免。同时人们还发现，随着工业化进程的加快，能源消耗量的急剧增加，人类赖以生存的地球环境也在因此而被急剧破坏。从70年代世界性的能源危机发生以来，人类从痛苦的经历中认识到，有节制的使用能源，提高能源的利用率是减缓和节制发生能源危机的良好途径，同时也是减缓地球环境污染的有效途径。这就可以给人类留有足够的时间去发展新技术、开发新的无污染能源，如太阳能、地热、潮汐能、风能等[1]。提高能效、“用更少的能源做更多的事”是目前节能的新理念[2]。自从远古人类经历地球寒冷变迁以来，人类就从生活中自觉不自觉地开始利用保温材料。世界工业化变革以后，保温材料得到了长足发展。

1 保温涂料的性能特点

保温材料在技术通则上被称为绝热材料，是指在平均温度为623K（350℃）时，导热系数小于0.14W/（m·k）的材料。按材质分类可分为无机保温材料和有机保温材料。无机保温材料具有造价低、不腐烂、不燃烧、耐高温等特点而被广泛应用；有机保温材料具有造价高、导热系数低，耐低温但易燃等特点，主要用于保冷领域。

在无机保温材料领域，按形态分为多孔保温材料如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等；纤维保温材料如石棉、玻璃纤维、硅酸盐纤维等；粉末保温材料如硅藻土、膨润土等。由于硅酸盐类保温材料造价低，因而是发展最快、应用最广泛的保温隔热材料。但是，硅酸盐类保温材料在应用上还存在诸多缺点，如需要包扎或预制型材等。因此80年代末在我国开发出硅酸盐类保温涂料这一新产品。由于其造价低、并赋予硅酸盐类保温材料新的保温性能，与传统的硅酸盐保温材料相比有很多优点，应用也非常方便而得到快速发展[3]。主要优点如下：

（1）适用范围广，可广泛应用于化工、石油、火电、冶金、交通、造纸、酿造、食品、国防等行业的管道、阀门、塔体、球罐、旋转体、锅炉、高炉等设备的保温、隔热、防火、防冻，还可应用于民用建筑的保温、隔热、防火、防冻、消声、隔音。

（2）具有可塑性，能任意成型。

（3）施工方便，可喷涂、涂抹，冷热施工均可。

（4）粘结性好，干燥后呈网状结构，有弹性、不开裂、不粉化、可用于运转振动设备。

（5）整体封闭性能好，导热系数小，无缝隙热损失和热桥损失。

（6）质轻，保温层薄，用材少[3～12]。

2 保温涂料的分类

复合硅酸盐保温涂料是当前应用最广泛的保温涂料。近年来，复合硅酸盐保温涂料用于建筑物保温已得到认可和较大面积使用，但仍存在自身材料结构带来的缺陷，如干燥周期长，施工受季节和气候影响大；抗冲击能力弱；干燥收缩大，吸湿率大；对墙体的粘结强度偏低；装饰性有待于进一步改善等。为获得性能更好的保温涂料,国内外进行了大量研究。

目前无机硅酸盐保温涂料主要有以下几类品种：以镁铝硅酸盐矿、增强纤维、改性添加剂、填充剂、复合高温粘接剂、消泡剂、水组成的硅酸盐保温涂料[13]；海泡石，水玻璃，硅酸铝纤维，石棉，琥珀组成的冷态涂敷型复合硅酸盐隔热保温涂料[14]；石棉绒（阴离子）、渗透剂（快T）、甲基硅醇钠、聚丙烯酰胺（阴离子）、高温胶组成的憎水复合硅酸盐保温涂料[15]；以珍珠岩、石棉粉、高温胶、硅藻土、粘合剂、瓷土、矿碴棉、生石灰、岩棉和水组成的复合硅酸盐保温涂料[16]；由矿棉、膨胀珍珠岩、硅酸盐、A OS专用胶、发酵剂、催化剂、憎水剂等组成的憎水复合硅酸盐保温涂料[17]；硅藻土、珍珠岩、玻璃棉、炉渣粉、石棉、淀粉、碱、渗透制品、发泡剂、水组成的复合多孔网碳结构保温涂料[18]；硅酸铝纤维、石棉、渗透剂、泡花碱、聚丙烯酰胺、珍珠岩、玻璃微球组成的弹性憎水硅酸盐保温涂料[19]；在以水玻璃为粘合剂的保温涂料中添加氟硅酸钠玉霞石安基比林促凝剂构成速凝型保温涂料[20]等等。

研发的新型保温涂料有以下几种：

无机隔热反射墙体涂料：无机建筑涂料，特别是无机隔热反射建筑涂料是国内外涂料及涂层技术的发展方向之一；薄层隔热反射涂料：选择耐候性好、韧性好、耐温较高、成膜性好的基料，加入轻质、孑L隙率高、热绝缘系数大的绝热填料及反射率高、表面光洁的热反射填料；水性反射隔热涂料：反射隔热涂料是在铝基反光隔热涂料的基础上发展而来，通过选择合适的树脂、金属或金属氧化物填料，可制得高反射率的涂层，反射太阳热以达到隔热目的；辐射隔热涂料：此类涂料的关键技术是制备具有高热发射率的涂料组分；真空绝热保温涂料：真空状态能使分子振动热传导和对流传导两种方式完全消失。为此采用真空的填料以制备性能优良的保温涂料成为当前研究的热点之一。

保温涂料可以解决保温型材的接缝热损失及热桥损失，对于螺旋体设备的施工非常便利。保温涂料最开始以应用与管道保温为主，随着时代的进步，保温涂料的发展也发生了变化，向着专用途径转变，如造价低廉的建筑保温涂料，特殊设备用保温涂料等。

3 保温涂料的发展

保温材料品种繁多，但按其构成成份一般可划分成无机要与有机类两种。从其发展现状又可区分为传统型和现代型。就我国现阶段应用情况看，仍以传统型为主，现代型尤其是科技含量较高的新型保温材料尚处在发展的初级阶段。随着科学技术的进步，新的材料层出不穷，新的理论不断被发现，在纳米材料快速发展的今天，新的理论认为：当气孔的直径小至纳米数量级时（如小于50nm），气孔内的空气分子不能对流，也不能像静止的空气分子那样做布朗运动，即完全被吸附在气孔壁上而不能自由运动，这样的气孔实际上相当于真空状态。如果保持涂层的体积密度及其中的微孔直径足够小，则可使涂层的分子振动热传导和对流热传导率接近于0。另一方面，众多足够小的微孔使得涂层中的界面的数量趋向于无穷多，这可使涂层内部有非常多的反射界面，从而使辐射热传导率也趋近于0。因此，在现代纳米理论上来说存在着导热系数趋近于0的涂层[21]。这也是可用于航空航天的保温涂料。

我国东三省属高寒地带，保温涂料需求量大，市场广泛，仅黑龙江省化工行业年需求量就有数千吨，加上冶金、热电、机械、建筑等行业加热设备、换热设备等保温的需求，就有近上万吨，因此，市场需求潜力巨大。

保温材料发展趋势必须是节能与环保二者兼备，从这一高度出发，保温材料领域里的更新换代势在必舒，而且目标明确，就是说旧的传统型保温材料必须变革，有的必然要淘汰，新型复合高效节能等高科技含量的保温材料必然取而代之。