本申請是以下申請的分案申請：申請日：2012年7月10日；申請?zhí)枺?012102365773；發(fā)明名稱：“新型無機(jī)隔熱涂層材料”。

1.工業(yè)和住宅建筑物的開發(fā)者和擁有者

據(jù)報道總結(jié),2007年中國的總建筑面積已達(dá)到360億平方米，其中主要包括工業(yè)和住宅建筑兩者(langsiwei，chinaacademyofbuildingresearch，2007)；并且總建筑面積每年增長約18-20億平方米(國家部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2008)。預(yù)期在2020年總建筑面積將超過680億平方米(標(biāo)準(zhǔn)和智能綠色建筑物報告,2008)。但是，大多數(shù)現(xiàn)有的建筑物和30％在建的建筑物均為高能耗建筑結(jié)構(gòu)。毫無疑問，新型隔熱材料在該市場具有巨大的潛在應(yīng)用價值。通過利用本發(fā)明的涂層材料，以可接受及合理的成本，開發(fā)者可達(dá)到政府設(shè)定的節(jié)能目標(biāo)。

2.高速鐵路的擁有者(鐵道部)

由于高速鐵路采用連續(xù)軌道，太陽光照射產(chǎn)生的升溫會使其產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。本發(fā)明的涂層材料有助于其降低溫升。

3.管道的擁有者

在2005年，中國城市集中供熱面積已覆蓋11.08億平方米(2005年中國統(tǒng)計年鑒)。在2008年，北京的城市集中供熱管網(wǎng)長度已超過17000公里(北京發(fā)改委的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2009)。本發(fā)明的涂層材料將顯著提高供熱管網(wǎng)的供應(yīng)效率。換而言之，供暖系統(tǒng)是本發(fā)明的涂層材料的潛在目標(biāo)市場之一。

背景技術(shù)：

數(shù)千年來，房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計一直以因地制宜為原則。從一開始，熱舒適度就一直是首要考慮的問題。為了讓溫度保持在人體舒適的范圍內(nèi)，已采取諸多措施來阻隔熱量進(jìn)入或流出建筑物。迄今已開發(fā)一系列材料用以滿足隔熱需求。在二十世紀(jì)七十年代能源危機(jī)之后，隔熱材料的創(chuàng)新具有極大的戰(zhàn)略重要性。

低熱導(dǎo)率是傳統(tǒng)隔熱材料最為關(guān)注的性能之一。空氣或其它氣體通常具有較低的導(dǎo)熱率，因此大多數(shù)傳統(tǒng)隔熱材料具有非常高的空隙率。換而言之，隔熱材料的質(zhì)量主體由許多小氣泡組成。這一高空隙特性導(dǎo)致傳統(tǒng)隔熱材料的使用受到了一定的限制。

由于傳統(tǒng)隔熱材料的高孔隙率，它們中的大多數(shù)并不具備足夠的力學(xué)強(qiáng)度用以支撐高強(qiáng)度的工作荷載。材料也會因受物理或化學(xué)破壞作用而失去原有的工作性能。因此，大多數(shù)傳統(tǒng)隔熱材料不具備良好的耐久性，尤其在磨損和不利的環(huán)境條件下，例如大氣中的水汽和酸性氣體。溫度和相對濕度也會影響傳統(tǒng)隔熱材料的導(dǎo)熱性能。一旦溫度或濕度超過可接受的范圍，材料的熱傳導(dǎo)將顯著提高。可燃性是傳統(tǒng)隔熱材料的另一個顯著缺陷。隔熱材料表面須增加額外保護(hù)層用以抵抗火焰攻擊或在高溫中毒性蒸氣的釋放。這不但增加了傳統(tǒng)隔熱材料安裝的復(fù)雜性，也提高了其應(yīng)用成本。

傳統(tǒng)隔熱材料最為顯著的缺陷是無法有效抵抗熱輻射。實(shí)際上，太陽能僅以輻射方式跨越數(shù)百萬公里的空間到達(dá)地球。根據(jù)電磁波理論，熱輻射將引起分子振動，從而提高分子的溫度。大多數(shù)常見的隔熱材料都會吸收和傳遞90％的輻射能量。無論采取何種方式，輻射熱都會在傳統(tǒng)隔熱材料的表面上產(chǎn)生或者通過材料傳遞至另一側(cè)。傳統(tǒng)隔熱材料唯一能做的就是降低能量傳遞效率。因此，傳統(tǒng)隔熱通常被視為是一種被動的耐熱方法。開發(fā)新型、主動、高效、容易加工且無毒無害的隔熱材料將對傳統(tǒng)隔熱工業(yè)和市場產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服傳統(tǒng)隔熱材料的缺陷，基于反射理論，采用無機(jī)材料開發(fā)了這種新型隔熱涂層材料。該新型涂層材料含有以下主要組分：帶填充氣體的空心微珠(空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠中的一種或多種)、基體材料和氯氧鎂水泥(moc)乳液，所述基體材料為二氧化鈦粉末、粉煤灰、顏料粉末和磷酸二氫鉀(kh2po4)或磷酸二氫鈉(nah2po4)粉末。該新型隔熱涂層材料在涂覆后可形成多層結(jié)構(gòu)。如果精心設(shè)計每個相鄰層的厚度di和dj以及它們的折射率ni和nj以滿足關(guān)系nidi+njdj＝λk/4-λk/2，其中λk為入射波k的波長，那么包含在k波中的熱輻射能將被高度反射。通過多層結(jié)構(gòu)和di和dj以及ni和nj的不同預(yù)期組合，可阻斷大多數(shù)可見光和紅外光波。因此，通過阻斷這些來自太陽光波所攜帶的輻射熱，從而使建筑物內(nèi)部的溫度保持在較低的值。此外，moc的高熱阻性和帶填充氣體的空心微珠(空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠中的一種或多種)的低熱傳導(dǎo)性可進(jìn)一步改進(jìn)涂層材料的隔熱(保溫)性質(zhì)。因此，所提出的新型隔熱(保溫)涂層材料在隔熱上具有反射、折射和散熱的復(fù)合作用。該新型隔熱涂層材料不但有助于推動能源革命的進(jìn)步，而且還能為工業(yè)和民用應(yīng)用兩者節(jié)約大量的資源和能量。

該新型隔熱材料同時還具有其它優(yōu)點(diǎn)。在建筑物外壁的表面上涂布涂層厚度僅為0.5mm-1.0mm便可達(dá)到十分良好的隔熱(保溫)效果。由于該涂層材料本身的無機(jī)特性，使其具有十分優(yōu)異的耐高溫性能和耐/防火性能。同時，無機(jī)材料的特性和良好的物理性能(例如高粘結(jié)強(qiáng)度)，也使該涂料層材料具有十分優(yōu)異的戶外抗老化耐久性能。因此，毫無疑問，比起目前的有機(jī)涂層材料，該新型隔熱涂層材料具有更長的使用壽命。鑒于所用原材料均為無機(jī)材料，該新型隔熱(保溫)涂層材料未能檢測到voc，所以其也是一種綠色環(huán)保型涂料。

附圖說明

圖1新型隔熱涂層材料。

圖2該新型隔熱涂層材料的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計。

圖3加熱測試裝置示意圖(標(biāo)記點(diǎn)‘a(chǎn)’：用于測定板外表面溫度的熱電偶；‘b’：用于測定板內(nèi)表面溫度的熱電偶)。

圖4未涂和涂覆本發(fā)明涂層cbt的纖維水泥板的隔熱性能比較。

圖5涂覆本發(fā)明涂層cbt的纖維水泥板的太陽能反射率。

圖6未涂和涂覆本發(fā)明涂層cb的纖維水泥板的隔熱性能比較(cfcp-os：未涂涂層的基準(zhǔn)纖維水泥板外表面；cfcp-is：未涂涂層的基準(zhǔn)纖維水泥板內(nèi)表面；cb-os：涂覆本發(fā)明涂層的纖維水泥板外表面；cb-is：涂覆本發(fā)明涂層的纖維水泥板內(nèi)表面)。

圖7涂覆本發(fā)明涂層cb的纖維水泥板的太陽能反射率。

圖8未涂和涂覆本發(fā)明涂層cby的纖維水泥板的隔熱性能比較。

圖9涂覆本發(fā)明涂層cby的纖維水泥板的太陽能反射率。

具體實(shí)施方式

為了克服傳統(tǒng)隔熱材料的缺陷，基于反射理論，采用無機(jī)材料開發(fā)了該新型隔熱(保溫)材料。該新型材料具有以下主要組分：帶填充氣體的空心微珠(空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠中的一種或多種)、基體材料和氯氧鎂水泥(moc)乳液，所述基體材料包括二氧化鈦粉末、粉煤灰、顏料粉末、和磷酸二氫鉀(kh2po4)或磷酸二氫鈉(nah2po4)粉末。該新型隔熱涂層材料在涂覆后可形成多層結(jié)構(gòu)。如果精心設(shè)計每個相鄰層的厚度di和dj以及它們的折射率ni和nj以滿足關(guān)系nidi+njdj＝λk/4-λk/2，其中λk為入射波k的波長，那么包含在k波中的熱輻射能將被高度反射。通過多層結(jié)構(gòu)和di和dj以及ni和nj的不同預(yù)期組合，可阻斷大多數(shù)可見光波和紅外波。因此，通過阻斷由這些來自太陽光波所攜帶的輻射熱，從而使建筑物內(nèi)部溫度保持在較低值。此外，moc的高阻熱性和帶填充氣體的空心微珠的低熱傳導(dǎo)可進(jìn)一步改進(jìn)涂層材料的隔熱性質(zhì)。因此，所提出的新型涂層材料在隔熱上具有反射、折射和散熱的復(fù)合作用。該新型隔熱涂層材料不但有助于推動能源革命的進(jìn)步，而且還能為工業(yè)和民用應(yīng)用兩者節(jié)約大量的資源和能量。

該新型隔熱材料同時還具有其它優(yōu)點(diǎn)。在建筑物外壁的表面上涂布涂層厚度僅為0.5mm-1.0mm便可達(dá)到十分良好的隔熱效果。由于該涂層材料本身的無機(jī)特性，使其具有十分優(yōu)異的耐高溫性能和耐/防火性能。同時，無機(jī)材料的特性和良好的物理性能(例如高粘合強(qiáng)度)，也使該涂料層材料具有十分良好的戶外抗老化耐久性能。因此，毫無疑問，比起目前的有機(jī)涂層材料，該新型隔熱涂層材料具有更長的使用壽命。鑒于所用原材料均為無機(jī)材料，該新型隔熱涂層材料未能檢測到voc，所以其也是一種綠色環(huán)保型涂料。

實(shí)施例1

所用的原料為mgo、mgcl2溶液、水、kh2po4、帶填充氣體的空心玻璃微珠和二氧化鈦。涂料配比如表1所示，標(biāo)記為cbt。通過使用刮涂方法，將本發(fā)明的涂料涂布在尺寸為200mm×200mm×8mm的纖維水泥板表面上，其中涂層的厚度約為0.50mm。加熱測試裝置示意圖如圖3所示。在框架頂部安裝275w紅外輻射燈。將內(nèi)表面覆蓋銀色反光紙的空心pvc管(φ200×～450mm)放置在燈的正下方，以增強(qiáng)在紅外燈在樣品上的輻射強(qiáng)度并產(chǎn)生均勻和穩(wěn)定的溫度場。在裝置底部的木質(zhì)箱(500×500×500mm)用于模擬暴露于太陽光下的屋宇。將待測的樣品(200×200×8mm)放置在箱子頂部的開口部位，將箱子的外部和內(nèi)部空間分隔。箱子上表面的其它部位用泡沫塑料和反光紙覆蓋，以確保絕大部分熱量僅從樣品板傳遞至箱子內(nèi)部。每次測試，采用2個熱電偶來分別監(jiān)測樣品外表面(面對燈)和內(nèi)表面(木質(zhì)箱子內(nèi))的溫度變化。通過由與計算機(jī)相連接的的數(shù)據(jù)記錄器來記錄溫度數(shù)據(jù)。涂層隔熱性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。該涂層材料的隔熱作用從圖4中清晰可見。未涂有涂層的基準(zhǔn)樣品cfcp與涂覆涂層cbt樣品之間的外表面溫差為9.65℃；未涂涂層的基準(zhǔn)樣品cfcp與涂覆涂層cbt樣品之間的的內(nèi)表面溫差為15.32℃。根據(jù)astme903-96，進(jìn)行uv/vis/nir太陽能反射率測試，其結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看到，可見光波和近紅外波被極大程度反射。其它涂層性能均經(jīng)過測試，所述性能為表面干燥時間、儲存穩(wěn)定性、耐洗刷性、耐水性、耐堿性、耐溫變性、耐人工老化、紅外發(fā)射率、voc、抗細(xì)菌性、抗真菌性、吸水性、鉛筆硬度、固體含量(按體積計和按重量計)、粘結(jié)性和可燃性。相應(yīng)測試結(jié)果如表2所示。由表2可見，所檢測涂料性能均能充分滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

實(shí)施例2

所用的原料為mgo、mgcl2溶液、水、kh2po4和帶填充氣體的空心玻璃微珠。涂料配比也如表1所示，標(biāo)記為cb。通過使用刮涂方法，將本發(fā)明的涂料涂布在尺寸為200mm×200mm×8mm的纖維水泥板的表面上，涂層的厚度約為0.50mm。所用的隔熱性能測試方法與實(shí)施例1相同。涂層隔熱性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。由圖6中可見，未涂有涂層的基準(zhǔn)樣品cfcp和涂覆涂層cb的樣品之間的外表面溫差為7.57℃，未涂有涂層的基準(zhǔn)樣品cfcp和涂覆涂層cb的樣品之間的內(nèi)表面溫差為12.39℃。根據(jù)astme903-96，進(jìn)行uv/vis/nir太陽能反射率測試，其結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看到，在可見光范圍和近紅外的光波被很好反射。cb的表面干燥時間為1小時58分，鉛筆硬度為6h，耐水性合格(168小時)。

實(shí)施例3

所用的原料為mgo、mgcl2溶液、水、kh2po4、帶填充氣體的空心玻璃微珠和黃色顏料。涂料配比也如表1所示，標(biāo)記為cby。通過使用刮涂方法，將本發(fā)明的涂料涂布在尺寸為200mm×200mm×8mm的纖維水泥板的表面上，涂層的厚度為約0.50mm。所用的隔熱性能測試方法與實(shí)施例1和2相同。涂層隔熱性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。由圖8中可見，未涂有涂層的基準(zhǔn)樣品cfcp和涂覆涂層cby的樣品之間的外表面溫差為8.74℃，未涂有涂料層的基準(zhǔn)樣品cfcp和涂覆涂層cby的樣品之間的內(nèi)表面溫差為14.41℃。cby的性質(zhì)好于cb，但是稍低于cbt。根據(jù)astme903-96，進(jìn)行uv/vis/nir太陽能反射率測試，其結(jié)果如圖9所示。由圖9可以看到，本發(fā)明涂層具有良好的太陽能反射率，尤其是在可見光和近紅外光范圍。cby的表面干燥時間為1小時47分，鉛筆硬度為2，耐水性合格(168小時)。

表1.涂層實(shí)施例的配合比(％)。

表2.涂層實(shí)施例1(cbt)的性能總結(jié)。