透明隔熱涂料及其在節(jié)能玻璃中的應(yīng)用淺析

1　透明隔熱涂料國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

透明隔熱涂料是一種對(duì)可見光具有高透過(guò)性、對(duì)紅外線或熱輻射具有較好的反射性(或阻隔性)的涂料，該涂料主要由對(duì)太陽(yáng)光具有光譜選擇性的半導(dǎo)體金屬氧化物微粒和透明樹脂組成。透明樹脂(或乳液)是透明隔熱涂料的另一種核心成分，一般選用丙烯酸、聚氨酯、有機(jī)硅樹脂(乳液)，形成透明的膜層。長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于玻璃表面用透明涂料的成膜物質(zhì)的研究較少，目前看來(lái)成膜物質(zhì)的性能對(duì)透明隔熱涂料的應(yīng)用至關(guān)重要。成膜物質(zhì)需要具備高透明性、高硬度、良好的附著力、耐凍融性、耐水性等，同時(shí)應(yīng)具有良好的施工性，這樣才能適應(yīng)玻璃的長(zhǎng)期使用環(huán)境要求。2011年發(fā)布的《建筑玻璃用隔熱涂料》標(biāo)準(zhǔn)(JG/T 338—2011)對(duì)透明隔熱涂料提出了明確的要求，為透明隔熱涂料的推廣奠定了基礎(chǔ)。

2　透明隔熱涂料隔熱原理

透明隔熱涂料主要通過(guò)阻隔太陽(yáng)光中紅外光部分的輻射熱實(shí)現(xiàn)隔熱功能。紅外線的輻射熱占太陽(yáng)光總額能量的接近50%(見圖1)。

透明隔熱涂料在玻璃表面涂覆形成均勻的透明涂膜，涂膜中的納米導(dǎo)電粒子含有一定濃度的電子空穴，而引起自由載流子的吸收。具體表現(xiàn)在太陽(yáng)光譜中，波長(zhǎng)在小于400 nm的紫外線區(qū)，涂膜吸收率為90%左右；波長(zhǎng)在400～800 nm的可見光區(qū)，涂膜透過(guò)率不受影響；波長(zhǎng)在800～2 500 nm的近紅外區(qū)域， 由于太陽(yáng)入射光的頻率高于涂膜中納米導(dǎo)電粒子的振動(dòng)頻率，引起了其離子的高反射，對(duì)分布于紅外波段占43%左右的太陽(yáng)能量起反射阻隔作用。由此可見，納米透明隔熱涂料對(duì)太陽(yáng)光譜具有選擇性，從而表現(xiàn)出具有吸收紫外線，透過(guò)可見光，阻隔紅外熱輻射的綜合性能。

3　透明隔熱涂料在節(jié)能玻璃中的應(yīng)用

3.1　透明隔熱玻璃涂料的節(jié)能作用

透明隔熱玻璃涂料的特點(diǎn)是在保證高透光性的前提下，可以阻擋太陽(yáng)光中的大部分紅外光進(jìn)入室內(nèi)，從而在炎熱天氣，可以大大減少太陽(yáng)光熱量進(jìn)入室內(nèi)。一般使用該涂料后，與未涂隔熱涂料的建筑空

間比陽(yáng)光直射玻璃附近溫度相差8～13 ℃。其光學(xué)性能指標(biāo)見表1。

3.2　節(jié)能鍍膜玻璃與普通玻璃的性能對(duì)比

節(jié)能鍍膜玻璃具有透明遮陽(yáng)、隔熱保溫、防止眩光、防紫外線、減小光污染等功能，涂層附著力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、理化性能優(yōu)越，耐酸性在(23±2) ℃、1 mol/L HCl、24 h環(huán)境下ΔT=1.23%，耐堿性在(23±2) ℃、1 mol/L NaOH、24 h環(huán)境下ΔT=0.37%。由此可見，建筑玻璃納米改性節(jié)能膜抗酸堿性能優(yōu)越，在惡劣的室外環(huán)境中不會(huì)有任何變化，保證了產(chǎn)品的性能會(huì)得到良好的發(fā)揮。同時(shí)，鍍膜硬度高、耐候性好，具有良好的視覺效果；表面涂層與硅酮橡膠、丁基橡膠、聚硫密封膠等具有良好的相容性；節(jié)能鍍膜玻璃耐低溫可達(dá)-30 ℃，耐高溫可達(dá)550 ℃，單片玻璃可以用于生產(chǎn)夾膠玻璃、真空玻璃，也可單片使用，解決了同類Low-E玻璃不能單片使用的缺陷。節(jié)能鍍膜玻璃是根據(jù)應(yīng)用區(qū)域的不同，在滿足遮陽(yáng)系數(shù)(SC)、隔熱系數(shù)U(K)值的基礎(chǔ)上，可對(duì)產(chǎn)品的遮蔽系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在既有建筑改造工程中，鍍膜干燥迅速，污染少，綠色環(huán)保。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，其與普通浮法玻璃性能對(duì)比結(jié)果如下：

3.2.1　表觀性能

普通浮法玻璃在生產(chǎn)、運(yùn)輸、以及后續(xù)的鋼化、中空、夾膠等深加工過(guò)程中，都會(huì)對(duì)玻璃的表面造成一定的損傷，節(jié)能鍍膜玻璃在加工的過(guò)程中，會(huì)對(duì)玻璃表面進(jìn)行一定的修復(fù)使其更加平整，從而減小了眩光的產(chǎn)生。

圖2是節(jié)能涂膜玻璃和普通玻璃表面的電鏡圖對(duì)比。由對(duì)比明顯可見，節(jié)能涂膜玻璃微觀表面致密平滑，普通玻璃微觀表面凸凹不平。

3.2.2　節(jié)能鍍膜玻璃性價(jià)比評(píng)價(jià)

表2是南方某大型Low-E玻璃廠的一款型號(hào)為SG-500型在線Low-E玻璃樣及其檢測(cè)報(bào)告，以及國(guó)內(nèi)某知名企業(yè)生產(chǎn)的鍍膜玻璃樣品。綜合比較的相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示，Low-E玻璃數(shù)據(jù)來(lái)自其檢測(cè)報(bào)告，普通玻璃數(shù)據(jù)為實(shí)測(cè)數(shù)值，節(jié)能涂膜玻璃的數(shù)據(jù)為國(guó)家玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)的數(shù)據(jù)。

圖3是根據(jù)以上參數(shù)，假定在夏季室外35 ℃、冬季室外-5 ℃、室內(nèi)維持20 ℃時(shí)，各類玻璃的隔熱性能對(duì)比圖。

從圖3可以看出，節(jié)能涂膜玻璃的節(jié)能效果良好，相對(duì)于普通中空玻璃，夏季節(jié)能35.91%，冬季節(jié)能70.26%。節(jié)能涂膜玻璃相對(duì)于Low-E中空夏季節(jié)能22.28%，冬季節(jié)能15.44%。因此，節(jié)能涂膜玻璃不但具有良好性能，同時(shí)在價(jià)格方面也具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

3.3　節(jié)能涂膜玻璃的生產(chǎn)工藝

將透明隔熱涂料應(yīng)用于玻璃表面，可以制成隔熱節(jié)能涂膜玻璃。但涂料的涂膜工藝至關(guān)重要。長(zhǎng)期以來(lái)涂膜玻璃的生產(chǎn)工藝一直是制約涂膜節(jié)能玻璃推廣的重要因素。

4　結(jié)　語(yǔ)

透明隔熱涂料近年來(lái)發(fā)展很快，節(jié)能涂膜玻璃由于具有良好的節(jié)能效果和優(yōu)異的性價(jià)比，必將在未來(lái)的建筑節(jié)能領(lǐng)域具有光明的發(fā)展前景。