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摘要：建筑用透明反射隔熱涂料有二種類型：一種為反射型，其特點(diǎn)是透明且對中遠(yuǎn)紅外有高的反射率；另一種為吸收型，其特點(diǎn)是透明且對近紅外有很高的吸收性。反射型透明涂料涂覆于玻璃表面制成保溫玻璃，適于北方地區(qū)應(yīng)用。吸收型透明涂料可制成隔熱玻璃，適于我國廣大南方地區(qū)應(yīng)用。建筑玻璃隔熱涂料的應(yīng)用已得到國家政策的支持，預(yù)計(jì)今后幾年，這種透明隔熱涂料將在現(xiàn)有建筑玻璃門窗的節(jié)能改造工程中得到廣泛的應(yīng)用；也可以用這種涂料制成新型的“隔熱涂膜玻璃”產(chǎn)品。
前言：為解決建筑物、汽車等場所玻璃的透明隔熱問題，國內(nèi)外進(jìn)行了廣泛的研究和嘗試。目前市場上常見的有鍍膜熱反射玻璃和各種隔熱玻璃貼膜等產(chǎn)品。為適應(yīng)中國國情，我們采用制備透明隔熱涂料的方法解決玻璃的隔熱節(jié)能問題。為此，特制了二種納米半導(dǎo)體金屬氧化物制備了透明隔熱涂料取得成功【1-5】。2004年11月我們首先在國內(nèi)研制成功納米透明隔熱涂料并獲得了國家發(fā)明專利【6】，同時(shí)，用這種涂料直接在玻璃生產(chǎn)加工線上涂敷于玻璃表面，制備出納米“隔熱涂膜玻璃”【7】
1.透明反射隔熱涂料的制備
我們采用納米氧化銦錫（ITO）粉體制成分散良好的ITO水漿，用有機(jī)硅樹脂做成膜劑，選用其它適當(dāng)助劑和工藝條件，將其制備成反射型透明隔熱涂料【8】。該涂料在可見光區(qū)具有高的透過率并在中遠(yuǎn)紅外區(qū)具有強(qiáng)的反射性。
1.1 實(shí)驗(yàn)原料及配方（見表1）
表1 反射型透明隔熱涂料實(shí)驗(yàn)原料及配方
圖1.ITO透明反射隔熱涂料的光學(xué)特性
圖1是ITO透明反射隔熱涂料的光學(xué)特性。由圖可知，該涂料(ITO)在可見光區(qū)（0.4-0.8微米）有較高的透過率（80％），在波長為4.0~15微米中遠(yuǎn)紅外區(qū)有很高的反射率，是一種良好的反射型透明隔熱涂料。
1.2 反射型透明涂料的隔熱保溫原理
圖2. 太陽輻射和熱輻射的強(qiáng)度曲線
圖2為波長從0.3μm到40μm的太陽輻射和熱輻射的強(qiáng)度曲線，A區(qū)是紫外線波段；B區(qū)是可見光波段，玻璃的可見光透過率越高，室內(nèi)的采光效果越好；C區(qū)是近紅外波段，近紅外輻射照射到物體上時(shí)，將會轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)紅外線再次輻射出來；D區(qū)是22℃黑體的遠(yuǎn)紅外輻射強(qiáng)度，暖氣、人體、炎熱的路面等所發(fā)出的熱輻射主要集中在此波段上。
對于寒冷氣候，我們應(yīng)該防止室內(nèi)的熱能（D區(qū)遠(yuǎn)紅外波段）向室外泄露，同時(shí)提高可見光（B區(qū)）和近紅外（C區(qū)）的獲得量，俗稱保溫。對于炎熱氣候，應(yīng)將外部的近紅外（C區(qū)）、遠(yuǎn)紅外（D區(qū)）輻射阻擋在室外，而讓可見光透過，俗稱隔熱。反射型透明玻璃涂料對于0.8-2.5微米的近紅外光有一定的反射性，因此能將一部分外部的近紅外輻射阻擋在室外，而讓可見光透過，在炎熱氣候時(shí)有一定的隔熱作用。由于這種反射型透明玻璃涂料主要是對中遠(yuǎn)紅外輻射有較強(qiáng)的反射能力，因此，在寒冷氣候下，它可以防止室內(nèi)的熱能（D區(qū)遠(yuǎn)紅外波段）向室外泄露，同時(shí)提高可見光（B區(qū)）和近紅外（C區(qū)）的獲得量，是一種極佳的透明保溫涂料。用這種涂料制成的“隔熱涂膜玻璃”類似于著名的LOW-E(低輻射)玻璃。
2.吸收型隔熱涂料
2.1透明吸收型的隔熱原理
如圖2所示太陽輻射的能量主要集中在波長為0.2～2.5μm的范圍內(nèi)，具體能量分布如下：紫外區(qū)：0.2～0.4μm，占總能量的5％；可見光區(qū)：0.4～0.72μm，占總能量的45％；近紅外區(qū)：0.72～2.5μm，占總能量的50％。由此可見，太陽光譜中的能量絕大部分分布在可見光和近紅外區(qū)，其中近紅外區(qū)就占了一半的能量。紅外光對視覺效果沒有貢獻(xiàn)，若將這一部分能量進(jìn)行有效阻隔，可以起到很好的隔熱效果而不影響玻璃的透明性。因此，只要讓涂層具有屏蔽紅外光的能力（如吸收此波段紅外光），而同時(shí)讓可見光透過就可能使得涂層即“透明”又“隔熱”。
2．2納米透明隔熱涂料的制備方法及工藝
我們制備了氧化錫銻（ATO）等納米半導(dǎo)體合金粉體，這種材料對太陽光譜具有理想的選擇性，在可見光區(qū)透過率高，對近紅外光也有較強(qiáng)的吸收性，將ATO納米粉體分散后加入到樹脂溶液中，可獲得吸收型納米透明隔熱涂料。由于ATO具有的獨(dú)特性能，是目前已知半導(dǎo)體材料中綜合性能最佳的材料，其生產(chǎn)成本較低,可以保證涂料產(chǎn)品較高的性價(jià)比，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
納米透明隔熱涂料可采用共混法制備。取一定量的有機(jī)硅樹脂及丙烯酸樹脂，在攪拌的條件下加入適量納米濕漿攪拌均勻，然后加適量增稠劑、流平劑等各種水性助劑，混合均勻配得納米透明隔熱涂料。涂料制備工藝流程見圖3：
2.3納米透明隔熱涂料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
透明隔熱涂料是一種全新的涂料品種，具有特殊的功能和應(yīng)用范圍，目前國內(nèi)為此產(chǎn)品制定了二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)【9，10】。
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《建筑玻璃用隔熱涂料》, 標(biāo)準(zhǔn)編號為JG/T338-2011,
國家標(biāo)準(zhǔn)：《隔熱涂膜玻璃》, 標(biāo)準(zhǔn)編號為GB/T 29501-2013
二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)涂料及玻璃的光學(xué)性能指標(biāo)見表2和表3.
3.隔熱涂料的應(yīng)用
3.1 透明隔熱涂料的優(yōu)勢
眾所周知，建筑物熱量來源的48%來自窗戶，門窗玻璃必然成為建筑節(jié)能改造項(xiàng)目的重中之重。隨著中空玻璃、Low-E玻璃、鍍膜玻璃等玻璃深加工產(chǎn)品在建筑節(jié)能方面的廣泛應(yīng)用，又一新型節(jié)能玻璃材料-隔熱涂膜玻璃也加入節(jié)能玻璃產(chǎn)品的隊(duì)伍中。
用透明隔熱涂料制成的隔熱涂膜玻璃較同類產(chǎn)品比較其優(yōu)勢見表4
3.2北京建筑技術(shù)發(fā)展公司產(chǎn)品的特點(diǎn)
（1）透明隔熱涂料產(chǎn)品在耐候性、耐久性能方面較同類產(chǎn)品具有明顯優(yōu)勢，涂層硬化后硬度可達(dá)3H以上，附著力0級，人工耐候性試驗(yàn)2000小時(shí)。
（2）樣品在自然條件下放在陽光下暴曬，在放在冰箱中-5℃冷凍循環(huán)測試一年后，涂層附著力仍為0級，無開裂脫落現(xiàn)象。
（3）涂料配用特有固化劑，涂膜施工后10min內(nèi)即可面干，涂膜的快速干燥防止了空氣中灰塵的附著。
（4）膜層固化后，與硅酮密封膠、丁基密封、聚硫密封膠均具有良好的相容性，不影響中空玻璃的密封效果和安全性能。
（5）解決了涂膜玻璃的深加工技術(shù)難題，建有生產(chǎn)線，在原有中空玻璃生產(chǎn)線中加入納米隔熱涂膜玻璃生產(chǎn)線制成納米隔熱涂膜中空玻璃，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。
（6）通過納米涂層遮陽技術(shù)開發(fā)出了具抗風(fēng)壓性能高、水密性、氣密性好、使用操作方便的高效節(jié)能門窗結(jié)構(gòu)體系。推動節(jié)能門窗整體系統(tǒng)的升級和更新?lián)Q代
3.3應(yīng)用案例
透明隔熱涂料適用于夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)等有夏季遮陽、隔熱要求的地區(qū)。適用工程類型：既有建筑門窗節(jié)能改造、建筑節(jié)能玻璃工廠加工領(lǐng)域。
3.4政策的支持和應(yīng)用前景
發(fā)展“建筑玻璃隔熱涂料”已獲得國家政策的支持，如：
《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、財(cái)政部關(guān)一于推進(jìn)夏熱冬冷地區(qū)既有居住建筑節(jié)能改造的實(shí)施意見》（建科〔2012〕55號)關(guān)于建筑外窗的改造方法中明確指出：“外窗玻璃外(內(nèi))涂建筑玻璃隔熱涂料”或外窗玻璃內(nèi)貼建筑玻璃隔熱膜。
《江蘇省綠色建筑發(fā)展條例》將于2015年7月1日實(shí)施，其中第四章“改造拆除管理”第三十七條指出“公共建筑改擴(kuò)建時(shí)，應(yīng)按建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)同步進(jìn)行節(jié)能改造。老舊居住小區(qū)出新、環(huán)境綜合整治及建筑修繕時(shí)應(yīng)同步進(jìn)行節(jié)能改造。鼓勵既有建筑改造時(shí)按照綠色建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綠色改造。”
江蘇省省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳“江蘇省民用建筑外窗應(yīng)用暫行規(guī)定”（規(guī)定自2014年1月1日起執(zhí)行）第四條指出：“ 建筑外窗的主要性能應(yīng)符合民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要求，并積極推廣采用傳熱系數(shù)不大于2.0 W/m2·K的建筑外窗系統(tǒng)；居住建筑外窗玻璃不得貼膜；不宜采用Low-e玻璃，如需采用Low-e玻璃，其冬季外窗遮陽系數(shù)不得小于0.6”。此文件為在江蘇及全國進(jìn)行建筑門窗的節(jié)能改造指出正確的途徑和方法，也為透明隔熱玻璃涂料的廣泛應(yīng)用掃除了障礙。
關(guān)于“納米透明隔熱涂料”的應(yīng)用前景：
全國現(xiàn)有建筑為600億平方米（從1980年-2013年累計(jì)33年完成的建筑面積總量）。 若每年有2%的建筑面積進(jìn)行節(jié)能改造，即有12億平方米，其中建筑玻璃面積約為1億平方米。采用納米隔熱玻璃涂料進(jìn)行處理，若以1公斤可涂10平米計(jì)，則一年對納米透明隔熱涂料的需求量將達(dá)1萬噸（價(jià)值35億）；現(xiàn)每平方米包工包料價(jià)格是60元/M2，則全國每年現(xiàn)有建筑玻璃節(jié)能改造工程總值約為60億。
4.結(jié)論
（1）建筑用透明反射隔熱涂料有二種類型：一種為反射型，其特點(diǎn)是透明且對中遠(yuǎn)紅外有高的反射率；另一種為吸收型，其特點(diǎn)是透明且對近紅外有很高的吸收性。目前獲得應(yīng)用的主要是吸收型透明隔熱玻璃涂料
（2）應(yīng)用的領(lǐng)域與優(yōu)勢：可用于既有建筑門窗、幕墻等節(jié)能改造；亦可用于對平板玻璃進(jìn)行加工，制新型產(chǎn)品“隔熱涂膜玻璃”，高效節(jié)能中空玻璃、以及隔熱夾膠玻璃。透明隔熱涂料與同類產(chǎn)品玻璃貼膜和隔熱玻璃（LOW-E玻璃）相比有明顯的優(yōu)勢。
（3）建筑玻璃隔熱涂料的應(yīng)用已得到國家政策的支持，又有了相關(guān)的行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)今后幾年，這種透明隔熱涂料將在現(xiàn)有建筑玻璃門窗的節(jié)能改造工程中得到廣泛的應(yīng)用，也將逐步擴(kuò)大到制新型產(chǎn)品“隔熱涂膜玻璃”。
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