中國(guó)粉體網(wǎng)訊 一邊是碳達(dá)峰碳中和，一邊是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，如何齊頭并進(jìn)？科技部部長(zhǎng)王志剛在“碳中和科技創(chuàng)新路徑選擇”香山科學(xué)會(huì)上表示，科技是保障二者同時(shí)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，碳達(dá)峰碳中和將檢驗(yàn)并催生一系列科學(xué)結(jié)論、科學(xué)方法以及技術(shù)創(chuàng)新成果。
中國(guó)工程院原副院長(zhǎng)杜祥琬院士認(rèn)為，碳達(dá)峰、碳中和雙目標(biāo)是基于中國(guó)國(guó)情和科學(xué)論證的目標(biāo)，不僅有路徑、可操作，而且將帶動(dòng)一系列技術(shù)進(jìn)步，帶來(lái)新投資、新產(chǎn)業(yè)、新交通、新建筑、新能源等和新的發(fā)展方式，深刻推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)進(jìn)步及生態(tài)文明建設(shè)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境、氣候共贏和可持續(xù)發(fā)展。
一、碳達(dá)峰碳中和將 “檢驗(yàn)并催生” 超反光涂料
隔熱涂料是一種能夠有效阻止熱傳導(dǎo)、降低表面溫度的水性涂料，因具備改善工作環(huán)境和降低能耗的特性被廣泛應(yīng)用于建筑物、紡織布、船舶甲板及航天軍事等領(lǐng)域。研究表明，將全球各城市建筑物對(duì)太陽(yáng)光的平均反射率提高0.1，相當(dāng)于減少40~160tCO2的排放，因此具有隔熱保溫功能的涂料在緩解城市熱島效應(yīng)、改善環(huán)境污染等方面都具有重要的意義。
科學(xué)家發(fā)明了一種白色涂料，即使在陽(yáng)光直射下，它也能冷卻表面，使其低于周?chē)h(huán)境溫度。近日(4月)，刊登于《細(xì)胞—物理科學(xué)報(bào)告》的一項(xiàng)新研究，展示了一種可用于商業(yè)涂料的輻射冷卻技術(shù)，這種技術(shù)的制造成本較低，并且能被動(dòng)地將到達(dá)表面95.5%的陽(yáng)光反射回外層空間。相比之下，目前市場(chǎng)上的商用“拒熱涂料”只能反射80%~90%的太陽(yáng)輻射，不能達(dá)到低于環(huán)境溫度的效果。
圖1 白涂料 圖片來(lái)源：《細(xì)胞—物理科學(xué)報(bào)告》
在夏季和氣候溫暖的地區(qū)，大多數(shù)建筑依靠傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)將熱量從室內(nèi)傳遞到室外。這些系統(tǒng)需要消耗能源，并釋放出多余的熱量，進(jìn)而把城市變成了“熱島”，加劇了氣候危機(jī)。
為了開(kāi)發(fā)商業(yè)應(yīng)用輻射冷卻涂料，研究人員使用了碳酸鈣填料。碳酸鈣有大量帶隙，因此有助于減少涂料吸收的紫外線(xiàn)量。研究人員還利用了60%的高粒子濃度促進(jìn)陽(yáng)光散射，并且用寬粒子尺寸分布而不是單粒子尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的寬帶散射。
為了證明這些改變是否更好地增強(qiáng)了涂料的輻射冷卻能力，研究人員在西拉法葉進(jìn)行了為期兩天的冷卻測(cè)試。在夜間，涂料樣品比環(huán)境溫度低10℃，在太陽(yáng)處于最高點(diǎn)時(shí)比環(huán)境溫度低至少1.7℃。(在陽(yáng)光直射下，冷卻功率超過(guò)37W/m2。)該團(tuán)隊(duì)接著進(jìn)行了第二次測(cè)試，其中一部分圖案用新型涂料繪制，而另一部分則用同樣厚度的商用白色涂料繪制。紅外攝像機(jī)顯示，這種碳酸鈣基丙烯酸涂料在陽(yáng)光直射下的溫度比商業(yè)上的同類(lèi)產(chǎn)品更低。
研究人員預(yù)計(jì)，該技術(shù)可能惠及廣泛行業(yè)，包括住宅和商業(yè)建筑、數(shù)據(jù)中心、倉(cāng)庫(kù)、食品存儲(chǔ)、汽車(chē)、戶(hù)外電氣設(shè)備、軍事基礎(chǔ)設(shè)施和多功能車(chē)輛等。這種涂料可以直接涂在建筑物上，以降低冷卻成本。
二、保溫隔熱涂料中粉體材料的研究應(yīng)用
隔熱涂料從特性原理分類(lèi)主要有三種，隔絕傳導(dǎo)型隔熱涂料、反射型隔熱涂料和輻射型隔熱涂料。
(1)反射型隔熱涂料
反射型隔熱涂料是通過(guò)在體系中添加對(duì)熱輻射(太陽(yáng)輻射、紅外輻射等)有高反射率的顏填料，避免設(shè)備及建筑物對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收,達(dá)到隔熱效果的涂料(圖2)。
圖2 反射型隔熱涂料示意圖
一般來(lái)說(shuō)，涂層顏色越淺，其對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率越高。傳統(tǒng)的反射型隔熱涂料都以白色為主，它們一般使用白度較高的TiO2、ZnO、重鈣粉等作為顏料。該類(lèi)涂料對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率可高達(dá)80%以上，部分涂料甚至可達(dá)95%。
(2)輻射型隔熱保溫涂料
輻射型隔熱保溫涂料是一種以發(fā)射熱輻射的形式主動(dòng)減少基材熱傳遞的涂料。它是通過(guò)在涂料體系中添加能高效發(fā)射熱輻射的顏填料，或?qū)⑦@些材料直接燒結(jié)成陶瓷涂層而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)涂層吸收熱量之后，它能將熱量以一定波長(zhǎng)的紅外輻射發(fā)射回環(huán)境中，從而達(dá)到隔熱降溫的效果(圖3)。
圖3 輻射型隔熱保溫涂料
輻射型填料主要包括SiC、堇青石(主要成分為Mg2ALSi5O18；可含有Na、K、Ca、 Fe、Mn等元素)、過(guò)渡金屬氧化物(如MnO2、Cr2O3、CoO、CuO)等材料，它們吸收熱量后，通過(guò)分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)的能量,不斷地使晶格、鍵團(tuán)產(chǎn)生碰撞，將吸收的熱量重新發(fā)射回環(huán)境中。與反射型隔熱保溫涂料相比，輻射型隔熱保溫涂料具有“主動(dòng)式降溫”的特點(diǎn)。
(3)阻隔型隔熱保溫涂料
阻隔型隔熱保溫涂料是一種以減少涂層內(nèi)部熱傳導(dǎo)為主要目的涂料，它是依據(jù)熱量在空氣中的傳導(dǎo)速率遠(yuǎn)小于固體材料中的傳導(dǎo)速率的原理，通過(guò)將密度小、氣孔率高、導(dǎo)熱系數(shù)低的功能填料(如空心玻璃微珠、膨脹珍珠粉、碳酸鈣微球、硅氣凝膠等)摻加入涂層體系中，從而降低涂層的導(dǎo)熱系數(shù)，達(dá)到隔熱保溫的目的的涂料(圖4)。
圖4 阻熱型隔熱保溫涂料
當(dāng)環(huán)境中的熱量通過(guò)傳導(dǎo)、輻射、對(duì)流的方式傳遞至基材表面后，基材表面至內(nèi)部的熱傳遞主要通過(guò)熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)。阻隔型隔熱保溫涂料通過(guò)在涂層體系中加入高氣孔率的填料，迫使熱量通過(guò)涂層氣孔中的空氣傳導(dǎo),從而大幅降低涂層的導(dǎo)熱系數(shù)。如果阻隔型填料的氣孔直徑足夠小(小至納米級(jí)別)，阻隔型填料的導(dǎo)熱系數(shù)甚至能小于普通空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，如硅氣凝膠、纖維氣凝膠等。
三、填加碳酸鈣的隔熱涂料
(1)一種隔熱涂料
趙燕等發(fā)明了一種隔熱涂料，組份和質(zhì)量比為：20%-25%的去離子水;0.1%-0.15%的防腐劑;1%-1.5%的分散劑;0.1%的潤(rùn)濕劑;5%-8%的滑石粉;7%-10%鈦白粉;10%-12%的輕質(zhì)碳酸鈣;5%-8%的硅灰石;30%-35%的苯丙乳液;5%的硼硅酸鹽空心玻璃微珠;1%的分散劑，成膜助劑，流平劑，增稠劑適量。其涂層能直接降低物體表面10-15℃左右，減低空調(diào)的使用，從而達(dá)到節(jié)電的功能，符合國(guó)家節(jié)能減排的要求。
(2)一種用于外墻的隔熱涂料
一種用于外墻的隔熱涂料，其由以下重量份數(shù)的原料制成：聚氯乙烯樹(shù)脂4-9份，碳酸鈣6-10份，乙二醇3-5份，丙烯酸乳液15-25份，硼酸鋅1-4份，穩(wěn)定劑1-3份，乙酸乙酯2-5份，乙醇5-7份，聚氯乙烯樹(shù)脂6-8份，炭黑1-3份,硅酸鋁4-8份。本發(fā)明的涂料，隔熱效果好，能夠有效地防止紫外線(xiàn)的照射，且具有環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)。
(3)一種具有超強(qiáng)耐候性的隔熱涂料及其制備方法
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有超強(qiáng)耐候性的隔熱涂料，包括以下成分：分散劑，潤(rùn)濕劑，消泡劑，防腐劑，云母粉，白炭黑，輕質(zhì)碳酸鈣，水性聚氨酯樹(shù)脂乳液，成膜助劑，羥乙基纖維素，顏料，增稠劑，改性二氧化鈦復(fù)合材料和水，本發(fā)明的具有超強(qiáng)耐候性的隔熱涂料，在涂料中加入大直徑片狀輕質(zhì)碳酸鈣，由于遮蔽效果好，從而可以進(jìn)一步提升涂料的隔熱性能。
結(jié)語(yǔ)
隨著新型材料和高新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，保溫隔熱涂料正朝著多功能、高性能的方向不斷發(fā)展。與此同時(shí)，保溫隔熱涂料的標(biāo)準(zhǔn)體系逐步完善化、檢測(cè)技術(shù)日趨先進(jìn)化，填料種類(lèi)和功能不斷升級(jí)，產(chǎn)品質(zhì)量也因此得到充分保障。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，保溫隔熱涂料的應(yīng)用范圍會(huì)更加廣泛，必將給整個(gè)節(jié)能產(chǎn)業(yè)的格局帶來(lái)巨大的改變，持續(xù)為遏制全球變暖貢獻(xiàn)力量。
參考來(lái)源：
中國(guó)新聞網(wǎng)，香山科學(xué)會(huì)議聚焦碳達(dá)峰碳中和多學(xué)科專(zhuān)家學(xué)者跨領(lǐng)域研討
王玉宏，等：隔熱保溫涂料的技術(shù)進(jìn)展，華南理工大學(xué)
唐一塵，等：白色新涂料讓建筑更涼快，中國(guó)科學(xué)院
百度百科，隔熱涂料
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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