專家介紹：
周海燕，出生年月：1958年5月。1982年畢業(yè)于南京化工大學化工機械專業(yè)，84年取得工程師職稱。曾任江蘇省設計院設備室主任。主持實施了國內(nèi)一批大中型化工項目中關(guān)鍵設備和機械的設計工作。如引進德國巴斯夫公司年產(chǎn)萬噸三聚氫胺樹脂全套設備的國產(chǎn)化設計、巴基斯坦年產(chǎn)5000噸雙氧水項目全套裝置設計，并作為援外專家在巴基斯坦常任一年。從94年起從事國內(nèi)“紫外光輻射固化技術(shù)”的研究工作，并成功建立起江蘇省第一家紫外光輻射固化UV涂料企業(yè)。2000年以來通過與科研院所合作，帶領(lǐng)一批研發(fā)人員，開發(fā)出一系列納米應用技術(shù)，并建成了國內(nèi)品種齊全的納米材料生產(chǎn)基地——南京海泰納米材料有限公司。其中納米復合材料、納米復合抗菌材料、納米半導體紅外屏蔽材料，納米防雷擊橡膠的研究在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位；高活性納米空氣凈化技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，國際領(lǐng)先，獲得國家科學進步二等獎。公司先后被認定為江蘇省、市高新技術(shù)企業(yè)，并獲得科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金、江蘇省成果轉(zhuǎn)化等項目支撐。
摘要：研制了三種適用于高效反輻射隔熱涂料的添加劑：紅外陶瓷微珠，海泰遠紅外輻射粉和海泰紅外反射顏料。海泰紅外陶瓷微珠是表面具有反射和輻射特性的中空微珠，經(jīng)檢測性能達到國際先進水平，是反射隔熱涂料最佳的添加劑。海泰紅外海泰遠紅外粉的添加能使反射隔熱涂料具有高半球發(fā)射率，特別是在特征波段具有高發(fā)射率，保證涂料的高效散熱作用。海泰紅外反射顏料是一種對近紅外具有高反射率的人工合成物，它的添加使彩色反輻射隔熱涂料同樣對于近紅外波段具有較高的反射率。
1. 公司介紹
南京海泰納米材料有限公司成立于2001年4月，是一家專業(yè)從事納米技術(shù)研究和材料生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，公司下屬有納米技術(shù)研究所、納米材料生產(chǎn)廠、銷售部、投資發(fā)展部、質(zhì)檢部等，海泰納米是國內(nèi)最大的納米材料生產(chǎn)基地和國內(nèi)最著名的隔熱材料生產(chǎn)基地之一。
公司得到了中科院和國內(nèi)南京工業(yè)大學，南京理工大學等眾多知名高校的廣泛支持，形成了一支由各知名大學教授和博士為主體的納米材料和隔熱材料研究開發(fā)隊伍。公司研發(fā)的納米新材料曾獲2005年度國家科學技術(shù)進步二等獎，研發(fā)的反射隔熱涂料專用功能填料達到國際先進水平。2008年江蘇高新創(chuàng)業(yè)投資有限公司經(jīng)過詳細調(diào)查，對海泰納米進行投資，海泰納米迎來全新的擴展機遇，公司將充分發(fā)揮創(chuàng)投機構(gòu)的優(yōu)勢，充分整合各方資源，更為全面廣泛的拓展公司業(yè)務，為用戶提供更為增值的服務。
2. 海泰遠紅外輻射粉產(chǎn)品的研制
2.1理論根據(jù)
圖1：輻射體的輻射熱損曲線圖
輻射型隔熱涂料的隔熱機理是將已吸收的太陽光中的熱量由涂料表面以輻射形式發(fā)散出去，從而起到隔熱作用。同樣為輻射性涂料降溫效果會有不同，只有在8—13.5微米波段有高發(fā)射率的涂層其表面溫度更低。
關(guān)于“紅外窗口 ”概念：大氣層中含有的水蒸氣、二氧化碳、臭氧及各種懸浮顆粒會阻擋地面物體的輻射熱向外層空間擴散 。在8—13.5微米波段內(nèi)大氣層的透明性最高，在這個波段地面物體的熱輻射很容易穿過此窗口疏散到外層空間。
我們研制高輻射性涂層的技術(shù)關(guān)鍵在于選用在8—13.5微米波段有高發(fā)射率的粉體填料。海泰納米材料有限公司研制的遠紅外粉正是具有這種能夠在8-14微米波段快速高效散發(fā)熱能的功能填料。
2.2遠紅外輻射粉樣品測試結(jié)果
采用各種過渡金屬氧化物與多種天然硅酸鹽經(jīng)混合，研磨，燒結(jié)，再粉碎得各種樣品，樣品經(jīng)測試獲結(jié)果如表1.
表1 各種遠紅外粉樣品的紅外發(fā)射
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樣品編號
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紅外發(fā)射率
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備注
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1
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0.89
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過渡金屬氧化物（燒結(jié)）
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2
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0.87
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中空粉體(美國進口)，已標定0.87
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3
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0.84
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合成陶瓷微珠，
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4
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0.81
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金屬氧化物與天然瓷土（未燒結(jié)）
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5
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0.86
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過渡金屬氧化物與天然硅酸鹽（燒結(jié)）
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6
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0.86
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過渡金屬氧化物與天然瓷土（燒結(jié)）
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儀器：Model AE1 遠紅外線發(fā)射率測試儀(美國DS Company制造)，
環(huán)境溫度：20 ℃，樣品形態(tài)：純粉體壓片（海泰制）
我們選5號產(chǎn)品作工業(yè)化生產(chǎn)并用遠紅外線發(fā)射率測試儀（2-22微米波長）測定其平均發(fā)射率。
測定了“海泰”遠紅外輻射粉體的紅外光譜特征，如圖2所示.圖2表明該產(chǎn)品在8-14微米波段有特征吸收峰，其平均吸收率為0.85以上（即法向光譜發(fā)射率為0.85）.
圖2. “海泰”遠紅外輻射粉體的光譜特征圖
2.3 海泰遠紅外輻射粉產(chǎn)品說明
表2 遠紅外輻射粉產(chǎn)品參數(shù)
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用途：
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隔熱涂料
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離子性：
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弱陽離子
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形態(tài)：
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粉狀
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類別：
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涂料添加劑
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遠紅外發(fā)射波長范圍：
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5um~25um
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8—15μm范圍的法向光譜發(fā)射率
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85%
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使用溫度：
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0-1000攝氏度
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比重：
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2.9
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細度：
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300目，超細粉
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該產(chǎn)品發(fā)射遠紅外波長范圍5μm～25μm，特別是能集中發(fā)射波長為8～15μm的遠紅外線，其法向光譜比輻射率達到85%以上。本產(chǎn)品是專門針對提高反射隔熱涂料在8～15μm波段發(fā)射率而設計和制造的。
2.4 使用效果
添加一定量的遠紅外粉到反射隔熱涂料后，該種隔熱涂層具有下述特點：白天涂層多反射少吸收0.2-2微米的太陽光熱；晚上多輻射中遠紅外熱而快散熱，特別是在8-13.5微米波段的“紅外窗口”能高效散熱。
3. 海泰遠紅外陶瓷微珠產(chǎn)品
3.1海泰陶瓷微珠隔熱原理
圖3 海泰陶瓷微珠隔熱原理
海泰遠紅外陶瓷微珠的特點是“三高指標”合而為一，其原理如圖3所示。該產(chǎn)品是一種表面具有高反射和高輻射特性的中空粉體，它由無機礦物、非金屬氧化物和金屬氧化物經(jīng)特殊工藝制造而成的具有中空結(jié)構(gòu)的微珠。加入海泰遠紅外陶瓷微珠的涂料可在建筑物外表面形成極薄的中空層，構(gòu)成有效熱屏障。建筑外表面中空瓷層以0.83以上的高反射比反射太陽熱輻射，同時以0.87以上的高半球發(fā)射率將墻體表面吸收的部分熱量發(fā)射出去，有效降低建筑外表面溫度。
另外，海泰陶瓷微珠顆粒的體積不是統(tǒng)一的，也不是無序的，而是經(jīng)過專家的計算，根據(jù)單位面積隔熱保溫膜形成所需不同粒度的數(shù)量而設計成不同的粒徑范圍復配而成，這樣能形成涂層的高真空度。另外，為了增加它對不同太陽光波長的反射能力，由直徑20～160μm的微珠分三個等級復配。這樣的好處是：所形成隔熱保溫層面最嚴謹，隔熱保溫性能最強；在形成較薄層面時減少材料的重疊；形成隔熱保溫膜后性能穩(wěn)定不宜衰減。
3.2 海泰遠紅外陶瓷微珠的特性：
具有優(yōu)良的防紫外線老化、防水、防火、防潮、防腐蝕、耐鹽霧性能，材料不含有害物質(zhì)，加入涂料后其固化物含量高，延展性、附著性好，施工簡便、使用壽命長
表3 空心陶瓷微珠產(chǎn)品的物理性能:
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形狀
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流動性優(yōu)越的空心球狀粉
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粒徑(μm)
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10--400
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顏色(g/cm3 )
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非純白
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真密度
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0.6-0.8
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堆積密度(g/cm3)
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0.3-0.4
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PH值
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水分散系中6
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熔點(℃)
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≥1400
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抗壓強度(Mpa)
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≥350
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莫氏硬度
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5-7
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比電阻（Ω.CM）
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1.5x1010—1.5x1013
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導溫系數(shù)(m2/h)
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0.000903-0.0015
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導熱系數(shù)(W/m·K)
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0.054-0.095
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折光率
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1.54
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吸油率g(oil)/g
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0.68-0.69
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3.3應用效果
使用海泰遠紅外陶瓷微珠的的優(yōu)勢：顯著降低建筑能耗，明顯改善室內(nèi)熱舒適性；耐久性好，熱反射和輻射性能幾乎不衰減；隔熱保溫性價比高；材料為無毒無味白色粉末，不含任何致癌物和有機揮發(fā)物；可方便地加入任何一種合成樹脂乳液涂料或溶劑型涂料中。用“三高”陶瓷微珠，造高質(zhì)量反射隔熱涂料，高反射，高輻射，高真空，集一體。
應用單位的試驗結(jié)果表明：摻有海泰陶瓷微珠的涂料用于外墻外表面時，可減少熱流31.9%，等效熱阻R=1.06㎡·K/W（K=0.94W/(㎡·K)）。其隔熱效果相當于50mm的膨脹聚苯板。
海泰陶瓷微珠是集三種隔熱保溫功能于一身的高科技產(chǎn)品，其性能已達到國際同類產(chǎn)品的水平。在夏季可以滿足中國的建筑節(jié)能規(guī)范要求。用海泰陶瓷微珠制作的涂料作為一種節(jié)能減排的隔熱保溫涂料在既有建筑外墻和屋頂使用，按照節(jié)能部門的實測數(shù)據(jù)，年節(jié)省能耗費用在15%左右。
海泰陶瓷微珠對于需要采用“薄層中空輻射降溫涂層”領(lǐng)域有特殊用途，如在工業(yè)領(lǐng)域，特別是用在低溫貯罐，油罐，輸油管道，油輪，恒溫車間，大型彩板倉庫等設施，從實測數(shù)據(jù)看，效果明顯，投資回報周期在一年以內(nèi)。用在軍工領(lǐng)域，特別是野外作業(yè)的導彈發(fā)射器，坦克車，裝甲車和其他的運輸車輛等。一是可以節(jié)省油耗二可以改善士兵的工作環(huán)境。
4. 海泰紅外反射顏料
海泰紅外反射顏料是一種能反射近紅外熱能的人工合成粉體，將其加入涂料體系中能使涂料對波長（380-780nm）的可見光與波長（780-2500nm）的紅外線有優(yōu)異的反射能力。此兩段波長正是太陽主要的熱能來源，占總太陽熱能約94%。海泰紅外反射顏料能有效協(xié)助涂料體系反射總?cè)展獠ㄩL（250-2500nm），其反射率高達88%以上，其中可見光反射率最高達到95%！
添加海泰紅外反射顏料可以有效提高有色涂料的太陽光反射率，與普通顏料共用即可解決隔熱涂料只能是白色，顏色稍深則反射率不達標的尷尬狀況。
此外，海泰紅外反射顏料與涂料體系的相容性很好，添加于涂料生產(chǎn)過程中不漂粉，不需改變生產(chǎn)流程，制作簡單不增添困擾。且顏料平均粒徑小于0.5微米，涂膜干燥后表面光滑、細膩、并具有優(yōu)良的耐沾污性能，能提升涂膜的耐磨性、耐擦洗性能、耐候性與表面觸感。
海泰紅外反射顏料在配方中添加量為10%，能通過國家標準與行業(yè)標準，以及美國、日本等國家標準。
海泰反射顏料在反輻射隔熱涂料中的應用實例
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海泰-101
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海泰-102
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海泰-201
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用途
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水性涂料體系
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添加比例
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8-12%
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8-12%
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18%
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組成
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丙烯酸乳液，海泰反射顏料,
Tio2，填料,水
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形成
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水性溶液
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固含量
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52-58%
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54-60%
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42-48%
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濕比重（g/cm3)
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1.20
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1.32
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1.15
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粒徑
Particle size
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<5um
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酸值
Ph-value
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8.0-9.0
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7.2-8.2
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8.0-9.0
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遮蓋力(與Tio2相比）
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0.315
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0.225
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0.400
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Ku黏度(ku)25度
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>150
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135-150
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85-105
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顏色
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白色
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5.結(jié)論
1. 研制了三種適用于高效反射隔熱涂料的添加劑：海泰遠紅外輻射粉、遠紅外陶瓷微珠和紅外反射顏料。
2. 海泰遠紅外粉具有高半球發(fā)射率，特別是在8-13.5微米波段的高發(fā)射率，保證涂料的高效散熱作用。
3. 海泰紅外反射顏料能有效提高涂層的太陽光反射率，與普通顏料合用可生產(chǎn)有色反射隔熱涂料。
4. 海泰紅外陶瓷微珠由無機礦物、非金屬氧化物和金屬氧化物經(jīng)特殊工藝制造而成的具有中空結(jié)構(gòu)的微珠。具有0.83以上的反射比，0.85以上的半球發(fā)射率，選擇直徑在20～160μm范圍的三級微珠復配，其堆積密度(g/cm3)0.35，導熱系數(shù)(W/m.K) 0.08，可構(gòu)成高中空度低導熱涂層。
5. 海泰遠紅外陶瓷微珠經(jīng)檢測性能達到國際先進水平，是反射隔熱涂料最佳的添加劑。將遠紅外粉與陶瓷微珠配合使用可制出高品質(zhì)的反射隔熱涂料。
參考文獻
1. 周海燕;冷萍芳，一種復合納米抗菌材料及其制備方法，中國發(fā)明專利，ZL0510094497.9
2. 周海燕;姜華等，納米技術(shù)改性的紫外光固化木器涂料，中國發(fā)明專利，ZL0310112777.9
3．趙石林，水性反輻射隔熱涂料，中國發(fā)明專利，ZL 99114454.6
4．趙石林等，彈性薄層隔熱保溫涂層，中國發(fā)明專利,ZL20061009633.0
5．余麗蓉，陸春華，高樹軍，趙石林，許仲梓，隔熱功能涂料的研究與發(fā)展趨勢[J]，材料導報，2006，20（10）：52-55
6. 建筑反射隔熱涂料,行業(yè)標準J/GT235-2014
7.建筑外表面用反射隔熱涂料,行業(yè)標準JC/T1040-2007
8. 建筑用反射隔熱涂料,國家標準GBT25261-2010
9. 江蘇省建設廳,江蘇省工程建設標準 DGJ32/TJ01-2012, 彈性隔熱涂料保溫系統(tǒng)應用技術(shù)規(guī)程
10.許錦峰等,“熱反射外墻涂料的節(jié)能機理與效果分析”，建筑節(jié)能，2008,(10):31
11．張永進， 許仲梓， 趙石林， 陸春華，“低反射光學功能涂層材料的組成與反射特性研究”，光學技術(shù)，2009年3月
12. 趙石林，建筑外墻節(jié)能隔熱涂料的制備和應用，上海涂料，2014，52（9）：24-27
