ZW－60系列陶瓷隔热防水涂料的机理与工程应用

徐 中，丁启龙，赵西江，钱风超

（1.大连理工大学，辽宁大连 116023；2.大连化工股份有限公司，辽宁瓦房店 116308）

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ZW－60系列陶瓷隔热防水涂料的机理与工程应用

徐 中1，丁启龙2，赵西江1，钱风超1

（1.大连理工大学，辽宁大连 116023；2.大连化工股份有限公司，辽宁瓦房店 116308）

介绍了ZW－60及ZW－60TM陶瓷隔热防水涂料的作用机理，选择独特材料成膜不仅具有较强的反射、辐射能力，还有优异的耐腐蚀性以及卓越的综合物理、机械性能。文中通过搭建测试平台并结合大化集团大连化工股份有限公司碱厂包装车间的工程应用情况，监测分析得出该涂料具有明显的隔热性能，车间内平均降温12～15℃。

陶瓷涂料；隔热；作用机理；工程应用

太阳能是人类活动的必备条件，但强烈的辐射给工业生产和日常生活带来诸多问题和不便。为了适应建筑业、石油工业、运输业等的迅速发展，自十九世纪70年代以来，国外开始对隔热涂料的相关研究，近几年，国内隔热涂层的研究也取得了显著的进步［1］。大化集团大连化工股份有限公司位于大连市松木岛工业园区内，碱厂包装车间因采光的需要，屋顶采用透明玻璃钢和彩色玻璃钢相间组合的模式，但因常年受日光照射的影响，室内温度在春夏季节高达45～50℃左右，严重影响了车间内操作人员的正常工作，由大连理工大学和大连绿陶节能新材料有限公司共同研制开发的ZW－60陶瓷隔热涂层有效的改善了车间内的温度环境，充分提高了生产效率。

隔热涂层是一种通过阻隔、反射、辐射等机理来降低被涂物内部热量的积累，从而达到节能和改善工作环境或安全等目的的功能性涂料，主要包括阻隔型、反射型和辐射型。

1 作用机理

1.1 太阳光热能分布

光学和气象红外学认为，太阳光辐射能量大部分（96%）集中在2.5μm以下波段内［2］，太阳光谱分布如图1所示。

图1 太阳光谱图

1.2 ZW－60陶瓷隔热防水涂料的机理

根据热传导理论，传热以导热、对流和辐射3种方式进行。通常，辐射传热占50%～60%，以红外线向外传播；物质传导热占30%～50%；对流传热占10%～15%。因此，选择的材料，需对热具有高阻抗，对光和光能（包括可见光、近红外光、远红外光）具有极强的反射能力，而材料本身又能将物体内吸收的热大部分（85%～90%）辐射散发出去（如图2），避免热射线穿透材料物体，减少材料物体内热的传导和蓄积，以达到理想的绝热效果。

图2 ZW－60陶瓷隔热原理

由太阳光谱能量分析，太阳能绝大部分处于可见光和近红外区，即400～1 800nm范围。在该波长范围内，反射率越高，涂层的隔热效果就越好。因此，可制得高反射率的涂层，反射太阳热，以达到隔热的目的。透明隔热涂料是一种能将太阳光中的热量（主要是红外线部分产生）由涂料表面反射回去，留住可见光，从而生产出隔热透明作用的纳米透明隔热涂料。

ZW－60TM透明隔热涂料主要成分是铟锡和锡锑合成的氧化物，由于该氧化物具有的独特性能，对太阳光谱具有理想的选择性，是目前已知半导体材料中解决隔热问题综合性能最佳的材料。因此选择纳米级铟锡和锡锑合成氧化物制备透明隔热涂料，可以保证其高性能，它不但透光性好，而且能有效隔绝太阳热辐射，只需涂刷1～20μm的厚度，就可使室内外温差达到10℃左右，红外屏蔽率达到70%，可见光透过率达到80%，紫外线阻挡达到99%。

2 ZW－60陶瓷隔热防水涂料试验方法

针对隔热涂层性能的测试，目前国际上并没有统一的测定标准，因此，采用美国军方标准MIL－E－46136［3］及国家标准综合性能试验方法分别对ZW－60及ZW－60TM陶瓷隔热防水涂料进行试验测试。

2.1 ZW－60系列试验方案设计

涂刷ZW－60及ZW－60TM透明陶瓷隔热防水涂料，具体结构如图3、图4。

2.2 试验测试方法

根据参考文献［1，7］，搭建两个试验样板房，房顶采用玻璃刚瓦垄板，周围用聚苯乙烯泡沫板进行保温处理，将ZW－60系列陶瓷隔热防水涂料涂覆于其中一个样板房房顶，分别用3台温度记录仪（型号：ZDR－11）同步测量涂装样板房、另一样板房和外部温度，试验每隔30min同时对此温度计进行读数并记录，同步检测对比他们的温度值，以评价ZW－60系列陶瓷隔热防水涂层的隔热效果。

规格：长×宽×高＝270×225×243mm；

玻璃钢瓦垄板：长×宽×厚＝265×220×2.3mm；

具体搭建试验装置结构图如图5所示。

图5 试验装置示意图

2.3 试验测试结果分析

根据试验记录可以得出以下结果：

①未涂装室温度达到50℃以上时，涂装室温度在37℃左右，两室温差在14℃左右；未涂装室温度达到45℃左右时，涂装室温度在36℃左右，两室温差在11℃左右；未涂装室温度达到35℃左右时，涂装室温度在28℃左右，两室温差在7℃左右。

②两室温差在环境温度达到35℃以上时，可达到10℃以上；当外部温度在20～30℃时，温差可达到8℃左右。

③涂装室温度变化平缓，涂料具有良好的保温性能。

④随着环境温度的升高，涂装室与未涂装室的温度差逐渐升高，隔热效果越发明显。

2.4 其他主要性能测试结果

ZW－60陶瓷隔热防水涂料的其他主要性能包括附着力、耐腐蚀性能等，按照国家标准规定的方法进行检测。

①附着力测试：利用划格法测试涂层样板（基材为50×100×0.2－0.3mm马口铁试片），测试附着力等级为1～2级。

②耐水性测试：把样板（基材为玻璃钢瓦垄板）放在（35±1）℃水中浸泡48h检测，观察涂层的变化，发现涂层表面完整，无起泡现象。

③耐盐性测试：配制NaCl溶液（NaCl浓度为3 %），把样板（基材为玻璃钢瓦垄板）浸入其中48h，常温状态下，观察涂层的变化，发现涂层表面完整，无起泡现象。

④耐碱性测试：配制NaOH溶液（浓度为10 %），把样板（基材为玻璃钢瓦垄板）浸入其中48h，常温状态下，观察涂层的变化，发现涂层表面完整，无起泡现象。

3 ZW－60陶瓷隔热防水涂料的工程应用

大化集团大连化工股份有限公司碱厂包装车间，在不影响车间采光的前提下，选用ZW－60及ZW－60TM同时实现隔热采光功能，具体非采光带与采光带表面效果图如图6。

图6 ZW－60及ZW－60TM表面效果

施工结束后整体效果图如图7。

图7 碱厂包装车间屋顶施工效果图

在工程现场选取不同天气的4天时间，每隔30 min同时对涂装车间温度、未涂装车间温度和外部环境温度，进行读数并记录。记录结果如图8～11所示。

综合以上温度记录结果，车间在未涂装前的温度高达45～50℃左右，涂装之后温度在25～30℃左右，与试验测试结果一致，达到了隔热降温的同时又很好的符合了车间原采光设计，改善了工人的工作条件，充分提高了生产效率，在工程实践中得到了很好的应用。

4 结 论

ZW－60陶瓷隔热防水涂料在工程实践中温度可降低14℃左右，具有非常好的隔热效果，而且随着环境温度的升高，隔热降温效果越发明显，同时还拥有较好的综合性能。

随着节能减排的社会需求，ZW－60的隔热保温性能好、成本低、综合性能优异、环保、方便施工、应用广泛等优点使其具有非常好的经济效益与社会效益，在工程应用中的作用也将越来越明显。

［1］ 祝小娟，林安.太阳热反射涂料的研制［J］.装备环境工程，2006.4（3）：29－32.

［2］ 路洪彬，陈建华.隔热涂料的隔热机理及其研究进展［J］.材料导报，2005（4）：71－73.

［3］ 郭年华，陈先，等.太阳热反射涂料［J］.涂料工业，1999（4）：37－39.

［4］ 王科林，徐娜.太阳热反射隔热涂层及其发展趋势［J］.现代涂料与涂装，2009.2（12）：18－22.

［5］ 李美姮，管恒荣.热障涂层的性能评价［J］.中国腐蚀与防护学报，2007.10（5）：309－314.

［6］ 宫声凯，邓亮，毕晓方，等.陶瓷热障涂层的隔热效果研究［J］.航空学报，2000.4（21）：26－29.

［7］ 陈飞霞，付金栋，等.纳米氧化铟锡透明隔热涂料的制备及性能表征［J］.涂料工业，2004，34（2）：48－51.

TQ 635.55

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1005－8370（2011）06－42－04

2011－10－06