在我國(guó)，建筑能耗（建筑物在整個(gè)生產(chǎn)和使用過(guò)程中的能耗）連同其維護(hù)結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)能耗已占到全國(guó)能耗總量的30％左右。伴隨著我國(guó)城市化建設(shè)的推進(jìn)，建筑能耗在能耗總量中所占的比例也將持續(xù)增加，建筑節(jié)能（指在不降低建筑物使用功能的前提下，提高建筑中的能源利用效率，降低建筑能耗）將成為提高社會(huì)能源使用效率的首要任務(wù)。建筑節(jié)能材料中隔熱保溫涂料因經(jīng)濟(jì)、使用方便、環(huán)保和節(jié)能效果好等優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越受到人們的青睞，發(fā)展前景光明。
1 建筑隔熱涂料及其分類
涂刷在建筑物表面能起到隔熱保溫作用的涂料稱為建筑隔熱涂料。建筑隔熱涂料根據(jù)隔熱機(jī)理和隔熱方式的不同被分為阻隔型隔熱涂料、反射型隔熱涂料和輻射型隔熱涂料3類。這3類涂料的隔熱機(jī)理不同，應(yīng)用場(chǎng)合和效果也各不相同。
1.1 阻隔型隔熱涂料
阻隔型隔熱涂料是通過(guò)對(duì)熱傳遞的顯著阻抗性達(dá)到隔熱目的的涂料。熱傳遞是通過(guò)對(duì)流、輻射及分子振動(dòng)熱傳導(dǎo)3種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。材料導(dǎo)熱系數(shù)的大小是其隔熱性能的決定因素，材料導(dǎo)熱系數(shù)越小，隔熱性能就越好。這種類型的涂料通常以表觀密度小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松、氣孔率高以及含水率小的材料作為輕骨料。依靠黏結(jié)劑的作用使其結(jié)合在一起，直接涂抹于設(shè)備或者墻體的表面達(dá)到隔熱的效果。
阻隔型隔熱涂料原材料易得，生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，投入少、產(chǎn)出大，施工方便。其缺點(diǎn)是對(duì)降低對(duì)流和輻射傳熱效果差且保溫層較厚，吸水率高，不抗振動(dòng)，使用壽命短。此類隔熱涂料只能減緩熱量傳遞的速度，不能減少熱量的傳遞，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的太陽(yáng)光照射依然會(huì)使室內(nèi)溫度上升，同樣，當(dāng)室內(nèi)溫度高于室外溫度時(shí)，也會(huì)通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式將熱量傳遞出去，因此這類隔熱涂料只適用于冬季寒冷，且溫度偏低時(shí)間較長(zhǎng)、夏季高溫時(shí)間較短的地區(qū)。
1.2 反射型隔熱涂料
反射型隔熱涂料是通過(guò)選擇合適的樹(shù)脂、金屬或金屬氧化物顏填料及生產(chǎn)工藝來(lái)制得高反射率的涂層反射太陽(yáng)熱，以達(dá)到隔熱的目的。通過(guò)將部分光和熱反射出去，防止熱量通過(guò)涂膜傳導(dǎo)至室內(nèi)，引起室內(nèi)溫度升高。
反射型隔熱涂料與各種基材附著力好，耐候性強(qiáng)，一般所用的溶劑無(wú)刺激性氣味，大大減少了施工對(duì)環(huán)境的影響，且隔熱效果較阻隔型隔熱涂料明顯。但其隔熱性能與涂膜表面平整度有很大關(guān)系，涂膜表面越光滑，隔熱效果越好，同時(shí)，隔熱效果與涂膜厚度也有一定的關(guān)系，且在一定的厚度范圍內(nèi)，涂膜反射率隨著涂膜厚度的增加而提高。此類保溫隔熱涂料隔熱效果明顯，保溫效果較差，對(duì)于冬季寒冷天氣較短，夏季酷熱天氣較長(zhǎng)的地區(qū)效果最好。
1.3 輻射型隔熱涂料
輻射型隔熱涂料是通過(guò)輻射的形式把建筑物吸收的太陽(yáng)光和熱量以一定的波長(zhǎng)發(fā)射到空氣中，從而達(dá)到良好的隔熱降溫效果。輻射型隔熱涂料不同于阻隔型隔熱涂料和反射型隔熱涂料，因?yàn)楹髢烧咧荒軠p緩但不能阻擋熱量的傳遞。當(dāng)熱量緩慢地通過(guò)隔熱層和反射層后，內(nèi)部空間的溫度緩慢地升高，此時(shí)，即使涂層外部溫度降低，熱能也只能困陷其中。而輻射型隔熱涂料卻能夠以熱發(fā)射的形式將吸收的熱量輻射掉，從而促使室內(nèi)與室外以同樣的速率降溫，所以也適用于夏季酷熱天氣較長(zhǎng)的地區(qū)。
輻射型隔熱涂料由于原材料的選取和燒結(jié)工藝比較復(fù)雜，要想達(dá)到穩(wěn)定的發(fā)射率還需進(jìn)一步地深入研究。由于這類涂料成本較高，所以在建筑物上的應(yīng)用也較少。
另外，據(jù)報(bào)道，鄭其俊等人綜合利用上述3種原理制成了具有高輻射率的薄層隔熱保溫涂料。該涂料的綜合性能優(yōu)異，尤其是反射率達(dá)到85%以上，且干燥后的涂膜與基材的附著力好，表面光澤高，該涂料干燥快、施工方便、涂膜無(wú)接縫、兼具隔熱和防水功能。由此可見(jiàn)，采用復(fù)合技術(shù)后的隔熱涂料無(wú)論在涂料性能還是施工方面都得到了很大的提高，也代表了未來(lái)該類涂料的發(fā)展趨勢(shì)。
2 建筑隔熱涂料的發(fā)展及研究現(xiàn)狀
近幾年，國(guó)內(nèi)外建筑涂料無(wú)論從品種、規(guī)模應(yīng)用、質(zhì)量水平還是研究水平方面都有了很大的發(fā)展，建筑涂料是國(guó)外涂料中產(chǎn)量最大的一種。美國(guó)建筑涂料占涂料消費(fèi)量的50%以上；日本建筑涂料產(chǎn)量占涂料產(chǎn)量的40%左右；2008~2010年，我國(guó)建筑涂料產(chǎn)量連續(xù)3年達(dá)到20%以上的增長(zhǎng)率。2009年，我國(guó)涂料總產(chǎn)量達(dá)755.44萬(wàn)t，首次躍居世界第一，2011年，全國(guó)涂料總產(chǎn)量首次突破千萬(wàn)噸大關(guān)，其中，內(nèi)外墻涂料占涂料總產(chǎn)量的36%左右，如果加上地坪涂料、防水涂料等，建筑涂料產(chǎn)量占到46%左右。從目前的發(fā)展勢(shì)頭來(lái)看，今后幾年建筑涂料消費(fèi)市場(chǎng)將保持較高增長(zhǎng)速度，前景廣闊，而建筑隔熱涂料將是今后的發(fā)展方向。
2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
在國(guó)外，隔熱涂料的研究報(bào)道較多，研究也比較深入，已有大量文獻(xiàn)和應(yīng)用情況的報(bào)道。N.M.Nahar等人在對(duì)干旱地區(qū)太陽(yáng)光的冷卻技術(shù)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，涂有反射涂層的測(cè)試室內(nèi)的溫度比未涂反射涂層的測(cè)試室內(nèi)的溫度低得多。R.Neil采用馬來(lái)酸二丁酯-乙酸乙烯共聚物為成膜物質(zhì)，通過(guò)加入一種GeramicSul32珠光隔熱劑制得了隔熱性優(yōu)良的水性隔熱涂料。M.J.Wang研究了復(fù)合粉體的性能，他們?cè)谘趸喬沾汕虮砻姘惨粚又旅艿墓杷徕?，并測(cè)試了復(fù)合粉體的散射率以及反射率，研究表明，光的散射率和反射率與包覆層的厚度和陶瓷球的大小有關(guān)。制備的復(fù)合粉體與相同尺寸的金紅石型氧化鈦顏料以及通用的陶瓷球相比具有更加優(yōu)異的效果。美國(guó)太陽(yáng)能集團(tuán)公司的研究人員宣稱，他們研制出一種隔熱涂料，其隔熱效果是標(biāo)準(zhǔn)金屬薄膜的85%~95%，用于樓頂層房間，室內(nèi)溫度可降低5.5~14.5℃，也就意味著可以節(jié)約8%~12%的空調(diào)費(fèi)，而在冬季，它可以阻止熱輻射流逸出屋外，這樣就又可以節(jié)約1%~2%的取暖費(fèi)用。美國(guó)專利US6017981開(kāi)發(fā)出一種紅外反射涂料，是以水稀釋型丙烯酸樹(shù)脂為基料，鈦白粉、鉻黑、鐵紅等為顏料，滑石粉、云母粉等為填料組成，涂于白色底漆上形成干膜厚45μm的涂層，對(duì)1200~2000nm紅外線的反射率大于50%。
2.2 我國(guó)研究現(xiàn)狀
我國(guó)建筑保溫隔熱涂料是在20世紀(jì)80年代末開(kāi)始發(fā)展和應(yīng)用的，當(dāng)時(shí)主要研制應(yīng)用于一些形狀不規(guī)則的高溫管道、設(shè)備表面的保溫隔熱涂料。
硅酸鹽復(fù)合保溫隔熱涂料具有來(lái)源廣，耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，是最早發(fā)展起來(lái)的。到90年代，人們?cè)诠杷猁}復(fù)合保溫隔熱涂料的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了用于內(nèi)墻墻面的隔熱涂料，并根據(jù)內(nèi)墻墻面的環(huán)境情況，改變了基料以無(wú)機(jī)類材料為主的情況，而是采用聚乙烯醇縮醛膠、合成樹(shù)脂乳液等有機(jī)基料為主的膠黏材料，有的涂料用有機(jī)材料代替了無(wú)機(jī)粗質(zhì)輕填料。
近年來(lái)，外墻隔熱受到重視，關(guān)于隔熱涂料的研究報(bào)道也很多，劉先春以改性丙烯酸醇酸樹(shù)脂為主要成膜物質(zhì)，并與顏料、溶劑和助劑配合制得表面隔熱涂料，這種涂料具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能和極強(qiáng)的亮度，對(duì)太陽(yáng)熱的反射率高，可以明顯地降低房屋表面的溫度。郭年華研制了聚氨酯改性高氯化聚乙烯反射涂料，試驗(yàn)結(jié)果表明，涂料的熱反射率與面漆所用的基料以及顏填料等都有關(guān)。他還介紹了聚氨酯固化含羥基的丙烯酸改性氯乙烯樹(shù)脂熱反射涂料的研制情況，簡(jiǎn)述了涂料組成中各種材料的選擇原則及其配方和產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)。張敏采用鱗片狀鋁粉為顏料制得了一種綜合性能優(yōu)良的水性反光隔熱罩面涂料。廣東省廉江市星恒高效涂料開(kāi)發(fā)有限公司總裁張炳強(qiáng)先生發(fā)明了一種樓面隔熱防水涂料，經(jīng)廣泛使用，樓面隔熱效果基本達(dá)到100%，大大震撼了科技界和經(jīng)濟(jì)界。沃群鳴詳細(xì)研究了紅外輻射的原理，對(duì)比了鍍有鋁膜的聚氟乙烯薄膜及其輻射性能，選擇的紅外輻射填料為在硅酸鹽結(jié)晶相中加入氧化鋁、氧化鈦等。
3 建筑隔熱涂料的發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)，建筑涂料業(yè)發(fā)展迅速，隨著有機(jī)高分子樹(shù)脂合成技術(shù)和納米材料技術(shù)的發(fā)展，伴隨高科技的應(yīng)用，新的品種不斷地被開(kāi)發(fā)出來(lái)，從整個(gè)涂料的發(fā)展來(lái)看，顯現(xiàn)出以下幾種發(fā)展趨勢(shì)。
?。?）向著施工方便的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的施工方法需要反復(fù)涂抹才能達(dá)到一定的厚度，浪費(fèi)大量的時(shí)間，為此，如何研發(fā)出方便施工，一次涂抹即能達(dá)到一定厚度的涂料將是建筑涂料研究的重點(diǎn)。
?。?）向環(huán)保型涂料方向發(fā)展。由于環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，以及人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)涂料的要求也在不斷提高，環(huán)保型涂料將是建筑涂料的重點(diǎn)發(fā)展方向。水性涂料以水為溶劑，幾乎不含有毒物質(zhì)，粉末涂料完全不用溶劑，是一種既節(jié)省資源而又無(wú)毒無(wú)污染的建筑涂料新品種。
（3）向復(fù)合型隔熱涂料方向發(fā)展。綜合反射型、輻射型、阻隔型隔熱涂料的優(yōu)點(diǎn)，研發(fā)出多種隔熱機(jī)理綜合作用的建筑隔熱涂料，這也是未來(lái)隔熱保溫涂料的發(fā)展方向。
?。?）合成樹(shù)脂涂料將獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在合成涂料中，醇酸涂料和氨基醇酸涂料的使用比例正逐漸縮小，而質(zhì)量較高的丙烯酸涂料、環(huán)氧樹(shù)脂涂料、聚氨酯涂料及各種水溶性樹(shù)脂涂料呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，油性涂料目前正面臨被淘汰的絕境，所以開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的樹(shù)脂仍是廣大研究人員面臨的難題。
?。?）多功能性建筑涂料越來(lái)越受到重視。建筑隔熱涂料除了對(duì)建筑物具有保溫隔熱作用外，還應(yīng)有其它附加功能，如涂料的防水防滲功能、高耐污功能、防碳化、防霉、殺菌、抗靜電、防火阻燃、隔聲等功能。
4 結(jié)語(yǔ)
雖然近幾年我國(guó)建筑涂料發(fā)展迅速，但我們也要看到存在的問(wèn)題，例如對(duì)于建筑隔熱涂料的性能指標(biāo)以及隔熱性能的測(cè)試，國(guó)家尚無(wú)相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前關(guān)于反射隔熱涂料的標(biāo)準(zhǔn)大致有GB/T25261—2010《建筑用反射隔熱涂料》，JG/T235—2008《建筑反射隔熱涂料》，JC/T1040—2007《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》，GJB1670—1993GF-I《熱反射涂料規(guī)范》，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的關(guān)鍵指標(biāo)僅僅是太陽(yáng)反射比（也稱反射率）和半球發(fā)射率，因而對(duì)于涂料隔熱效果的評(píng)價(jià)有待制訂完整的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。還有，對(duì)于外墻隔熱保溫涂料，目前研究較多的是反射型建筑隔熱涂料，并且已得到了產(chǎn)業(yè)化，但由于在紅外輻射原理和測(cè)試手段方面存在理論缺陷，目前紅外輻射型隔熱保溫涂料還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，實(shí)際應(yīng)用不多，所以實(shí)際應(yīng)用性研究也將是我們研究的熱點(diǎn)。
總之，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)隔熱機(jī)理將有更深入的研究，發(fā)現(xiàn)更多的新型隔熱材料，隔熱涂料將朝著更加多元化的方向發(fā)展，大力發(fā)展建筑隔熱節(jié)能涂料及相關(guān)技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。
