摘要:以过渡金属氧化物Fe2O3、MnO2为主要组分,掺入NiO、Co2O3、CuO,通过固相烧结制备红外辐射材料;优选发射率较高的A、B试样与堇青石复合制备堇青石-过渡金属氧化物红外辐射材料,并将制得的红外辐射材料作为功能填料制备辐射型隔热涂料,并对其隔热机理进行了探讨。研究表明:添加40wt%试样B制备的堇青石-过渡金属氧化物复合红外辐射材料8,14um的红外发射率达95.4%;以TBH为成膜基料,添加2.0g堇青石-过渡金属氧化物红外辐射材料为填料制备隔热涂料的热反射率达73.2%。

　　关键词:辐射型隔热涂料;红外辐射材料,红外发射率;热反射率;过渡金属氧化物;堇青石中图分类号:TQ630.7文献标识码:A文章编号:1008-2794(2007)04-0075-05

　　隔热涂料是通过阻隔、反射、辐射等机理来降低被涂物内部的热量积累,从而达到节能和改善工作环境或安全等目的的一种功能性涂料[1]。一般将隔热涂料分为阻隔型、反射型和辐射型隔热涂料三类。其中,辐射型隔热涂料通过将吸收到的太阳能中的紫外光、可见光及近红外光能转为热能,以红外辐射的方式在8,13.5μm波段内穿过大气红外窗口,高效地发射到大气外层,从而达到降低温度的目的。辐射型隔热涂料区别于其他两类隔热涂料的一个显著特点是:其余两类隔热涂料只能减缓但不能阻挡热量的传递,而辐射型隔热涂料能够以热发射的形式将吸收的热量辐射掉,从而促使涂层内外以同样的速率降温。由此可见,研制辐射型隔热涂料具有显著优势和积极意义。因过渡金属氧化物系列红外辐射材料具有复杂的反尖晶石相或混尖晶石相[2],材料发射率较高,故本文利用掺杂原理和材料复合方法,研制在8,14um具有高发射率的过渡金属氧化物系列红外辐射材料,并利用红外辐射材料作为填料制备辐射型隔热涂料。

　　分析纯Fe2O3、MnO2、NiO、Co2O3、CuO;TBH乳液;钛白粉;滑石粉;膨润土;高岭土;云母;堇青石;涂料助剂等。

　　基金项目:江苏省墙改与建筑节能科研项目(No3);江苏省生态环境材料重点实验室开放基金(XKY2006014)作者简介:冯春霞(1979—),女,江苏东海人,盐城工学院材料工程学院讲师,硕士,主要研究方向:结构陶瓷、功能陶瓷。九游体育网站入口

　　ND-2行星球磨机;SX2-2.5-12型箱式电阻炉;SDF400实验分散砂磨机;FT-IR傅立叶变换红外光谱仪;Y-500X衍射仪;自制热反射率测定装置等。

　　按表1、表2配料,在行星磨上湿混16h;取出烘干、研磨,过200目筛;再将粉料放入高铝陶瓷坩埚,置于高温实验电炉中,在1150℃下保温2h制备红外辐射材料;合成产物经粉碎、研磨、过200目筛,得红外辐射粉料。

　　在表3所示隔热涂料的基本配方中添加所合成的红外辐射粉料制备辐射型隔热涂料。

　　原材料水增稠剂TFC-5TSP-03TM-2滑石粉钛白粉云母膨润土高岭土TBH乳液

　　式中:ρ为热反射率;T1为标准黑板温度;T2为样板温度;T3为当时的室温,一般固定在28.8℃。

　　图2,图5分别为1150℃下保温2h所制备红外辐射材料A、D、E、F的XRD图。在图2、图3中,试样

　　A、九游体育网站入口D经高温固相反应后形成了明显的CoFe2O4反尖晶石相;对堇青石基过渡金属氧化物红外辐射材料E、F而言,图谱中除形成了CoFe2O4反尖晶石相外,还存在大量堇青石(2MgO2Al2O35SiO2)的衍射峰。

　　采用中科院上海技术物理研究所研制的IRE-2红外辐射率测定仪对样品A,E在8,14um范围内的红外发射率进行了测定,其测试结果见表4。由表4可以看出,添加10wt%CuO的试样A、B的红外反射率高于添加10wt%NiO的试样C、D;且堇青石与过渡金属氧化物复合样品E、F的8,14um红外发射率比单纯过渡金属氧化物样品A,D高。其中,40wt%试样B与60wt%堇青石复合制备的堇青石-过渡金属氧化物红外辐射材料F的8,14um红外发射率达95.4%。由于2MgO2Al2O35SiO2也是一种红外辐射陶瓷粉体,在堇青石-过渡金属氧化物复合粉体中CoFe2O4与2MgO2Al2O35SiO2固溶,因此,该复合粉体具有较高的红外发射率;同时,由于过渡金属氧化系红外材料的颜色较深,在涂料中的应用受到限制,而通过与堇青石复合,可使颜色变浅些,应用领域得以拓展。

　　图6 不同配方过渡金属氧化物系列填料所制备为填料制备的辐射型隔热涂料的热反射率达隔热涂料的热反射率3. 2%,其隔热效果接近美军75%[5,6]的要求。

　　当涂料表面受到太阳光照射时,反射、吸收和透过各占一部分,以ρ、α和τ分别代表涂料层的表面总反射率、吸收率和透过率,另外ε (8,13. 5μm)代表表层吸收的太阳能转为8,13. 5μm波段内的红外辐射率,则有ρ +α +τ =1。

　　由于建筑隔热涂料表层下面大多数为不透明的水泥层、钢铁层等不透明物质,因此,可以近似认为其透过率τ =0,由此,上式又可简化为:ρ(λ) +α(λ) = 1,其中ρ(λ)和α(λ)均是随波长变化而变化的。选择性红外辐射降温涂料的主要特性,就是希望其在可见光和近红外光范围内,其反射率尽可能地高;而在8,

　　13. 5μm波段内,其发射率[等同于吸收率,即ε (λ) =α(λ) ]也尽可能高。我们知道,太阳的辐射能中0. 3,2. 5μm处的能量占绝大部分,把这部分能量反射回大气和天空是该涂料的一个主要功能。然而在8,

　　13. 5μm波段范围内,太阳辐射能和大气辐射能远低于地面向外层空间的辐射能,因此在此波段内,如果涂料的吸收率即发射率尽可能高,这样就能尽可能多地把涂层和下层的水泥层中吸收到的太阳能中的紫外光能和可见光及近红外光能转为热能,以红外辐射的方式在此波段内穿过大气红外窗口,高效地发射到大气外层的绝对零度区,从而达到降低温度的目的。

　　(1) 1150℃保温2h所制备的红外辐射材料形成明显的CoFe2 O4反尖晶石相;

　　(2)堇青石-过渡金属氧化物复合红外辐射材料8,14um红外发射率大于过渡金属氧化物系列红外辐

　　(3)添加2. 0g堇青石-过渡金属氧化物红外辐射材料F为填料制备的辐射型隔热涂料的热反射率达73. 2%;

　　(4)辐射型隔热涂料通过辐射的形式把建筑物吸收的日照光线μm波长发射到空气中,从而达到隔热降温目的。

　　[3] 陈先,郭年华,李明,等功能涂料太阳热反射率测试方法研究[J]新型材料( 1999)28:36- 38

　　[4] 徐峰,朱晓波,邹侯招实用建筑涂料技术[M]北京:化学工业出版社,2003