透明隔熱涂料及其在節(jié)能玻璃中的應用淺析

1　透明隔熱涂料國內(nèi)外研究進展

透明隔熱涂料是一種對可見光具有高透過性、對紅外線或熱輻射具有較好的反射性(或阻隔性)的涂料，該涂料主要由對太陽光具有光譜選擇性的半導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、有機硅樹脂(乳液)，形成透明的膜層。長期以來關于玻璃表面用透明涂料的成膜物質(zhì)的研究較少，目前看來成膜物質(zhì)的性能對透明隔熱涂料的應用至關重要。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，同時應具有良好的施工性，這樣才能適應玻璃的長期使用環(huán)境要求。2011年發(fā)布的《建筑玻璃用隔熱涂料》標準(JG/T 338—2011)對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。

2　透明隔熱涂料隔熱原理

透明隔熱涂料主要通過阻隔太陽光中紅外光部分的輻射熱實現(xiàn)隔熱功能。紅外線的輻射熱占太陽光總額能量的接近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)在太陽光譜中，波長在小于400 nm的紫外線區(qū)，涂膜吸收率為90%左右；波長在400～800 nm的可見光區(qū)，涂膜透過率不受影響；波長在800～2 500 nm的近紅外區(qū)域， 由于太陽入射光的頻率高于涂膜中納米導電粒子的振動頻率，引起了其離子的高反射，對分布于紅外波段占43%左右的太陽能量起反射阻隔作用。由此可見，納米透明隔熱涂料對太陽光譜具有選擇性，從而表現(xiàn)出具有吸收紫外線，透過可見光，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是在保證高透光性的前提下，可以阻擋太陽光中的大部分紅外光進入室內(nèi)，從而在炎熱天氣，可以大大減少太陽光熱量進入室內(nèi)。一般使用該涂料后，與未涂隔熱涂料的建筑空

間比陽光直射玻璃附近溫度相差8～13 ℃。其光學性能指標見表1。

3.2　節(jié)能鍍膜玻璃與普通玻璃的性能對比

節(jié)能鍍膜玻璃具有透明遮陽、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、壽命長、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)境中不會有任何變化，保證了產(chǎn)品的性能會得到良好的發(fā)揮。同時，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-30 ℃，耐高溫可達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)應用區(qū)域的不同，在滿足遮陽系數(shù)(SC)、隔熱系數(shù)U(K)值的基礎上，可對產(chǎn)品的遮蔽系數(shù)進行調(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。通過實驗，其與普通浮法玻璃性能對比結(jié)果如下：

3.2.1　表觀性能

普通浮法玻璃在生產(chǎn)、運輸、以及后續(xù)的鋼化、中空、夾膠等深加工過程中，都會對玻璃的表面造成一定的損傷，節(jié)能鍍膜玻璃在加工的過程中，會對玻璃表面進行一定的修復使其更加平整，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比。由對比明顯可見，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)能鍍膜玻璃性價比評價

表2是南方某大型Low-E玻璃廠的一款型號為SG-500型在線Low-E玻璃樣及其檢測報告，以及國內(nèi)某知名企業(yè)生產(chǎn)的鍍膜玻璃樣品。綜合比較的相關數(shù)據(jù)如表2所示，Low-E玻璃數(shù)據(jù)來自其檢測報告，普通玻璃數(shù)據(jù)為實測數(shù)值，節(jié)能涂膜玻璃的數(shù)據(jù)為國家玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測的數(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，各類玻璃的隔熱性能對比圖。

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，同時在價格方面也具有很強的優(yōu)勢。

3.3　節(jié)能涂膜玻璃的生產(chǎn)工藝

將透明隔熱涂料應用于玻璃表面，可以制成隔熱節(jié)能涂膜玻璃。但涂料的涂膜工藝至關重要。長期以來涂膜玻璃的生產(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

透明隔熱涂料近年來發(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)異的性價比，必將在未來的建筑節(jié)能領域具有光明的發(fā)展前景。