保溫涂料研究進展

王 勃

（黑龍江省科學院石油化學研究院，黑龍江哈爾濱，150040）

保溫節(jié)能是我國一項長期的基本國策。通過保溫節(jié)約的能源是無污染的能源，其投資少、見效快、簡便易行,比無節(jié)制地大量開采、消耗不可再生資源更為經濟更具有社會效益。我國是個能源資源并不豐蘊的國家，被喻為第五能源的“節(jié)能”就顯得日益重要。一方面是能源匱乏，一方面是利用率太低、熱損失太大。而造成能源利用率低下的一個重要因素，便是節(jié)能保溫材料的落后，導熱系數高，保溫效果差。縱觀我國傳統(tǒng)的保溫材料，大多數節(jié)能效果不理想，如：石棉制品，珍珠巖制品，硅酸鋁制品，以及發(fā)泡聚苯乙烯制品等，它們有的帶有毒物質，有的帶塵埃污染，有的施工復雜，且易于脫落，有的還需要添加包、扎、捆、纏等工藝。盡管如此，遇到異形的管道、球體、旋轉體、閥門、法蘭等異形設備及死角區(qū)時，仍施工困難重重。這些傳統(tǒng)的保溫材料至今仍占領我國保溫材料市場的主流。開發(fā)新型的保溫材料、升級換代傳統(tǒng)保溫材料，是保溫材料領域當務之急。

保溫涂料作為保溫絕熱材料系列中的一個新品種有其獨特性能。具有保溫面基體附著力強，整體密封性好，無接縫，與保溫面基體緊密黏結。其以固體顆粒為骨架、硅酸鹽纖維形成經緯網狀結構，網中由微泡劑產生的大量微泡填充，保持了涂層松軟有彈性，不易因金屬熱脹冷縮、振動等而脫落，因此可杜絕傳統(tǒng)保溫材料的“熱橋”現象及塊型接縫處的散熱損失。使保溫節(jié)能綜合效果有質的飛躍。它綜合了涂料及保溫材料的雙重特性，完全擯棄了傳統(tǒng)的包、扎、捆，改用涂料施工的噴、涂、抹，降低保溫施工難度、費用，避免毒素、粉塵等對環(huán)境的污染及對施工人員身體健康的損害。

隨著人類生產的發(fā)展和生活水平的提高，能源的消耗日益增加，世界性的能源危機趨勢已不可避免。同時人們還發(fā)現，隨著工業(yè)化進程的加快，能源消耗量的急劇增加，人類賴以生存的地球環(huán)境也在因此而被急劇破壞。從70年代世界性的能源危機發(fā)生以來，人類從痛苦的經歷中認識到，有節(jié)制的使用能源，提高能源的利用率是減緩和節(jié)制發(fā)生能源危機的良好途徑，同時也是減緩地球環(huán)境污染的有效途徑。這就可以給人類留有足夠的時間去發(fā)展新技術、開發(fā)新的無污染能源，如太陽能、地熱、潮汐能、風能等[1]。提高能效、“用更少的能源做更多的事”是目前節(jié)能的新理念[2]。自從遠古人類經歷地球寒冷變遷以來，人類就從生活中自覺不自覺地開始利用保溫材料。世界工業(yè)化變革以后，保溫材料得到了長足發(fā)展。

1 保溫涂料的性能特點

保溫材料在技術通則上被稱為絕熱材料，是指在平均溫度為623K（350℃）時，導熱系數小于0.14W/（m·k）的材料。按材質分類可分為無機保溫材料和有機保溫材料。無機保溫材料具有造價低、不腐爛、不燃燒、耐高溫等特點而被廣泛應用；有機保溫材料具有造價高、導熱系數低，耐低溫但易燃等特點，主要用于保冷領域。

在無機保溫材料領域，按形態(tài)分為多孔保溫材料如膨脹珍珠巖、膨脹蛭石等；纖維保溫材料如石棉、玻璃纖維、硅酸鹽纖維等；粉末保溫材料如硅藻土、膨潤土等。由于硅酸鹽類保溫材料造價低，因而是發(fā)展最快、應用最廣泛的保溫隔熱材料。但是，硅酸鹽類保溫材料在應用上還存在諸多缺點，如需要包扎或預制型材等。因此80年代末在我國開發(fā)出硅酸鹽類保溫涂料這一新產品。由于其造價低、并賦予硅酸鹽類保溫材料新的保溫性能，與傳統(tǒng)的硅酸鹽保溫材料相比有很多優(yōu)點，應用也非常方便而得到快速發(fā)展[3]。主要優(yōu)點如下：

（1）適用范圍廣，可廣泛應用于化工、石油、火電、冶金、交通、造紙、釀造、食品、國防等行業(yè)的管道、閥門、塔體、球罐、旋轉體、鍋爐、高爐等設備的保溫、隔熱、防火、防凍，還可應用于民用建筑的保溫、隔熱、防火、防凍、消聲、隔音。

（2）具有可塑性，能任意成型。

（3）施工方便，可噴涂、涂抹，冷熱施工均可。

（4）粘結性好，干燥后呈網狀結構，有彈性、不開裂、不粉化、可用于運轉振動設備。

（5）整體封閉性能好，導熱系數小，無縫隙熱損失和熱橋損失。

（6）質輕，保溫層薄，用材少[3～12]。

2 保溫涂料的分類

復合硅酸鹽保溫涂料是當前應用最廣泛的保溫涂料。近年來，復合硅酸鹽保溫涂料用于建筑物保溫已得到認可和較大面積使用，但仍存在自身材料結構帶來的缺陷，如干燥周期長，施工受季節(jié)和氣候影響大；抗沖擊能力弱；干燥收縮大，吸濕率大；對墻體的粘結強度偏低；裝飾性有待于進一步改善等。為獲得性能更好的保溫涂料,國內外進行了大量研究。

目前無機硅酸鹽保溫涂料主要有以下幾類品種：以鎂鋁硅酸鹽礦、增強纖維、改性添加劑、填充劑、復合高溫粘接劑、消泡劑、水組成的硅酸鹽保溫涂料[13]；海泡石，水玻璃，硅酸鋁纖維，石棉，琥珀組成的冷態(tài)涂敷型復合硅酸鹽隔熱保溫涂料[14]；石棉絨（陰離子）、滲透劑（快T）、甲基硅醇鈉、聚丙烯酰胺（陰離子）、高溫膠組成的憎水復合硅酸鹽保溫涂料[15]；以珍珠巖、石棉粉、高溫膠、硅藻土、粘合劑、瓷土、礦碴棉、生石灰、巖棉和水組成的復合硅酸鹽保溫涂料[16]；由礦棉、膨脹珍珠巖、硅酸鹽、A OS專用膠、發(fā)酵劑、催化劑、憎水劑等組成的憎水復合硅酸鹽保溫涂料[17]；硅藻土、珍珠巖、玻璃棉、爐渣粉、石棉、淀粉、堿、滲透制品、發(fā)泡劑、水組成的復合多孔網碳結構保溫涂料[18]；硅酸鋁纖維、石棉、滲透劑、泡花堿、聚丙烯酰胺、珍珠巖、玻璃微球組成的彈性憎水硅酸鹽保溫涂料[19]；在以水玻璃為粘合劑的保溫涂料中添加氟硅酸鈉玉霞石安基比林促凝劑構成速凝型保溫涂料[20]等等。

研發(fā)的新型保溫涂料有以下幾種：

無機隔熱反射墻體涂料：無機建筑涂料，特別是無機隔熱反射建筑涂料是國內外涂料及涂層技術的發(fā)展方向之一；薄層隔熱反射涂料：選擇耐候性好、韌性好、耐溫較高、成膜性好的基料，加入輕質、孑L隙率高、熱絕緣系數大的絕熱填料及反射率高、表面光潔的熱反射填料；水性反射隔熱涂料：反射隔熱涂料是在鋁基反光隔熱涂料的基礎上發(fā)展而來，通過選擇合適的樹脂、金屬或金屬氧化物填料，可制得高反射率的涂層，反射太陽熱以達到隔熱目的；輻射隔熱涂料：此類涂料的關鍵技術是制備具有高熱發(fā)射率的涂料組分；真空絕熱保溫涂料：真空狀態(tài)能使分子振動熱傳導和對流傳導兩種方式完全消失。為此采用真空的填料以制備性能優(yōu)良的保溫涂料成為當前研究的熱點之一。

保溫涂料可以解決保溫型材的接縫熱損失及熱橋損失，對于螺旋體設備的施工非常便利。保溫涂料最開始以應用與管道保溫為主，隨著時代的進步，保溫涂料的發(fā)展也發(fā)生了變化，向著專用途徑轉變，如造價低廉的建筑保溫涂料，特殊設備用保溫涂料等。

3 保溫涂料的發(fā)展

保溫材料品種繁多，但按其構成成份一般可劃分成無機要與有機類兩種。從其發(fā)展現狀又可區(qū)分為傳統(tǒng)型和現代型。就我國現階段應用情況看，仍以傳統(tǒng)型為主，現代型尤其是科技含量較高的新型保溫材料尚處在發(fā)展的初級階段。隨著科學技術的進步，新的材料層出不窮，新的理論不斷被發(fā)現，在納米材料快速發(fā)展的今天，新的理論認為：當氣孔的直徑小至納米數量級時（如小于50nm），氣孔內的空氣分子不能對流，也不能像靜止的空氣分子那樣做布朗運動，即完全被吸附在氣孔壁上而不能自由運動，這樣的氣孔實際上相當于真空狀態(tài)。如果保持涂層的體積密度及其中的微孔直徑足夠小，則可使涂層的分子振動熱傳導和對流熱傳導率接近于0。另一方面，眾多足夠小的微孔使得涂層中的界面的數量趨向于無窮多，這可使涂層內部有非常多的反射界面，從而使輻射熱傳導率也趨近于0。因此，在現代納米理論上來說存在著導熱系數趨近于0的涂層[21]。這也是可用于航空航天的保溫涂料。

我國東三省屬高寒地帶，保溫涂料需求量大，市場廣泛，僅黑龍江省化工行業(yè)年需求量就有數千噸，加上冶金、熱電、機械、建筑等行業(yè)加熱設備、換熱設備等保溫的需求，就有近上萬噸，因此，市場需求潛力巨大。

保溫材料發(fā)展趨勢必須是節(jié)能與環(huán)保二者兼?zhèn)洌瑥倪@一高度出發(fā)，保溫材料領域里的更新?lián)Q代勢在必舒，而且目標明確，就是說舊的傳統(tǒng)型保溫材料必須變革，有的必然要淘汰，新型復合高效節(jié)能等高科技含量的保溫材料必然取而代之。

4 結束語

世界能源危機的出現，積極開發(fā)絕熱性能好、環(huán)境污染下、使用壽命長的新型絕熱保溫材料是提高熱能利用的有效途徑。隨著對絕熱保溫材料研究的進一步深入，研制新型的絕熱保溫材料是非常具有發(fā)展前景的。

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