目前建筑節(jié)能外墻保溫材料分為有機(jī)保溫材料(PU發(fā)泡、聚苯乙烯泡沫、聚合酚醛樹脂泡沫等);無機(jī)保溫材料(松散無機(jī)纖維及制品、多孔輕質(zhì)顆粒保溫砂漿、纖維+多孔顆粒混合型保溫材料)。有機(jī)保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫效果好，但防火安全性差;普通無機(jī)保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)較高、保溫效果較差，但防火安全性好;無機(jī)納米多孔絕熱保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫性好，常作太空絕熱材料。將高科技太空絕熱材料變?yōu)槊裼?，開發(fā)出一種薄層、絕熱保溫涂料，是未來保溫材料技術(shù)發(fā)展的重要途徑。
納米保溫隔熱涂料的組成及性能
納米保溫隔熱涂料以自交聯(lián)丙烯酸乳液為成膜物、以SiO2氣凝膠、空心玻璃微珠、六鈦酸鉀晶須等為填料，在多種助劑的配合下制備而成。涂料具有施工薄層、納米孔絕熱、安全防火、環(huán)保節(jié)能、性價(jià)比優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)。
納米保溫隔熱涂料的隔熱原理
熱量的傳導(dǎo)總是由高溫區(qū)向低溫方向傳遞，熱量的傳導(dǎo)有固體熱傳導(dǎo)、空氣對(duì)流熱傳導(dǎo)、輻射熱傳導(dǎo)3種方式。納米保溫隔熱涂料的特點(diǎn)是：能夠?qū)⑸鲜?種熱傳導(dǎo)途徑進(jìn)行有效阻隔或屏蔽。在涂料組分中，起關(guān)鍵隔熱作用的是納米SiO2氣凝膠，其次是六鈦酸鉀晶須和空心玻璃微珠。納米SiO2氣凝膠是一種保溫隔熱性能非常優(yōu)秀的輕質(zhì)納米多孔非晶固體材料，其孔隙率高達(dá)80%~99%，孔洞的典型尺寸為2~50nm，平均孔徑為20nm，比表面積為600~1000m2/g，表觀密度為0.003~0.35g/cm3，室溫導(dǎo)熱系數(shù)可低達(dá)0.013W/(m?k)，即使在800℃高溫下，其導(dǎo)熱系數(shù)才為0.043W/(m?k)，且高溫下不分解，無有害氣體放出，是純綠色環(huán)保材料，其缺點(diǎn)是強(qiáng)度低、脆性大，單獨(dú)使用困難。將納米SiO2氣凝膠與硅酸鋁纖維和空心玻璃微珠混配，在彈性成膜物的交聯(lián)作用下，可大大改善涂層的物理機(jī)械性能。
1.SiO2氣凝膠的隔熱機(jī)理
固體熱傳導(dǎo)：SiO2氣凝膠是由若干Si-0-Si基團(tuán)相互連接聚集形成的納米三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，由于近無窮多納米孔的存在，固體熱傳遞只能沿著孔壁傳遞，近無窮多氣孔壁構(gòu)成了近于“無窮長(zhǎng)路徑”效應(yīng)，使得固體熱導(dǎo)率降到幾乎最低極限。
對(duì)流熱傳導(dǎo)：SiO2氣凝膠的介孔尺寸為2~50nm，當(dāng)材料中的氣孔直徑
輻射熱傳導(dǎo)：輻射傳導(dǎo)熱是一種非接觸式的熱量傳遞。由于氣凝膠為均勻的納米氣孔，且具有極低的體積密度，使材料內(nèi)部氣孔壁數(shù)目趨于“無窮多”，而每個(gè)氣孔壁都有遮陽(yáng)板的作用，從而產(chǎn)生近于“無窮多遮陽(yáng)板”效應(yīng)，使輻射傳熱下降到最低極限。
2.六鈦酸鉀晶須的隔熱機(jī)理
六鈦酸鉀晶須為連鎖隧道式結(jié)構(gòu)，松散密度為0.1~0.3g/cm3，比表面積為11m2/g，介孔尺寸為直徑0.8~1.2?m、長(zhǎng)度30~50?m，導(dǎo)熱系數(shù)低(常溫0.0534W/(m?k)，且具有負(fù)溫度系數(shù)(溫度越高導(dǎo)熱系數(shù)越)，760℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為0.0174W/(m?k);紅外線透過率小：在波長(zhǎng)0.9~2.4?m范圍，厚0.25?m六鈦酸鉀晶須透過率僅為8.4%。且無毒無害，使用壽命長(zhǎng)，可以耐1200℃的高溫，耐酸耐堿，耐磨絕緣，力學(xué)和物理性能好。
六鈦酸鉀晶須集結(jié)構(gòu)隔熱、物理隔熱、紅外線反射于一體，紅外反射率>95%。
3.空心玻璃微珠的隔熱機(jī)理
空心玻璃微珠是由特殊工藝制成的中空薄壁圓球粉狀、性能優(yōu)異的新型輕質(zhì)材料，是一種銀白色光澤的球體，中空，有堅(jiān)硬的外殼，殼內(nèi)為N2或CO2惰性氣體，壁厚為直徑的8%~10%，導(dǎo)熱系數(shù)0.07W/(m?k)左右，具有密度低、體積大、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗壓強(qiáng)度高、吸油率低、自流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。納米SiO2氣凝膠保溫涂料中加入超細(xì)空心玻璃微珠，其涂膜具有獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)，在保持導(dǎo)熱系數(shù)上升幅度不大的前提下，顯著提高涂層的抗壓強(qiáng)度，同時(shí)具有優(yōu)異的熱反射和熱輻射性能。
納米保溫隔熱涂料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.041W/(m?k)。導(dǎo)熱系數(shù)是材料保溫隔熱性能的重要參數(shù)，但不是唯一參數(shù)，對(duì)納米隔熱材料而言，光熱反射率和紅外輻射率是更重要的參數(shù)。評(píng)價(jià)保溫材料的保溫隔熱性能時(shí)，應(yīng)該根據(jù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)、光熱反射率、紅外輻射率綜合因素評(píng)價(jià)。
納米保溫隔熱涂料的隔熱效果
自制兩個(gè)相同外形尺寸的鋼板試驗(yàn)箱1#和2#，鋼板厚度1mm，外形尺寸分別為：長(zhǎng)×寬×高=1.2m×0.6m×1.2m，1#箱外面包覆一層8cm厚的聚苯泡沫板，2#箱六個(gè)外表面涂刷1mm厚的納米保溫隔熱涂料，養(yǎng)護(hù)干燥。在夏季晴天最高溫度為38℃的條件下，將兩個(gè)箱架空在室外陽(yáng)光下曝曬至下午15點(diǎn)鐘，同時(shí)檢測(cè)兩箱內(nèi)部溫度。測(cè)試結(jié)果：1#箱的內(nèi)部溫度為27.5℃，2#箱內(nèi)溫度為27℃。
在冬季低于零度條件下，將上述1#和2#箱內(nèi)部加熱至40℃，封閉后同時(shí)移至室外冷凍，2h后，測(cè)試2箱內(nèi)部溫度，結(jié)果如下：1#箱的內(nèi)部溫度為16.5℃，2#箱內(nèi)溫度為18℃。
由以上測(cè)試結(jié)果證明，1mm厚的納米保溫隔熱涂料比8cm厚的聚苯泡沫板保溫隔熱性能好，夏季隔熱效率高3%，冬季保溫隔熱效率高9%。
