NaZn0.8Ni0.2PO4多孔反射型隔热材料的制备与性能研究(2)
我们无法阻止盛夏的热浪和寒冬的冷风通过我们的墙壁进入我们的房子，所以我们只能通过空调不断的将温度不适宜的室内空气排出去。但如果我们在源头──墙壁这一关卡住，使外界环境对室内的影响减少甚至没有影响，这样就能即满足人们对舒适环境的需求，又防止了有害物质的排放，因此隔热涂料氤氲而生。地面太阳光辐射波段中可见光和近红外波段占很大一部分能量。红外波长产热，且温度越高，热辐射就越大，因此在现代社会，研究出一种能减少紫外和近红外光透的材料有很大的实用价值。
许多国家在重视开发的同时，也非常重视节能[1]。对我国来说，由于人均能源占有量远低于世界平均水平，因此能源问题在我国尤为重要。据建设部估计，目前高耗能建筑在全国现有建筑中的比例超过95％，建筑能耗已占全国总能耗的27％左右。降低建筑采暖能耗的重要途径之一就是增加建筑外围结构的保温性能。要减少建筑外围结构的热损失，就需要大力发展新型的隔热材料[2]。
1 隔热材料的种类
隔热涂料一般由起粘结作用的基料(通常是有机树脂)、隔热材料(功能填料)、颜料和助剂等组成。尽管制约涂膜隔热性能的因素很多，如涂膜的厚度、颜料用量及分散状态等，但隔热材料是隔热涂料的“心脏”，其性能的优劣以及在涂料中的配比对涂层的隔热效率影响较大，按照隔热机理的不同，隔热材料通常可分红外反射型隔热材料和多孔型隔热材料。
1.1红外反射型隔热材料
红外反射型隔热材料的隔热机理
太阳能是以热辐射的形式输运到地球上的，其能量分布列于表1。
表1.太阳辐射各波段分布
由表1可知，在近红外区和可见光区所占的能量达到95%，而此波段又是主要带入热量辐射的。因此，我们不难推出，假如将波长0.4-2.5μm的光波屏蔽掉，则可以大大降低太阳能能量。对于涂膜而言，太阳光入射到其表面，会发生反射和吸收。太阳热反射型功能填料具有对可见光和近红外线高反射率和低吸收率的性质，根据能带理论，入射光子的能量若恰好能使功能粒子中的电子从价带(充满电子的成键轨道)跃迁到导带(反键轨道)，则会发生光吸收。由公式hc/λ=Eg，(Eg为禁带宽度，即价带与导带能差)，代入可见光近红外光波长：λ=0.4～2.5μm和普朗克常量：h=6.62×10-34J.s，计算出Eg=0.5～3.1eV[3]。因此，要避免填料对可见近红外光的吸收，就必须使功能填料的R＞3.1 eV或R＜0.5eV。另一方面，由菲涅尔光反射理论可知，当入射角相同时，折光系数越大的材料，其反射率越大。一般说来，应选择折光系数大的白色或无色材料，因为白色或无色物质在可见光区无吸收或吸收微弱，但是由于白色颜料颜色太单一，满足不了多样化的房屋外景设计，因此需研究开发不同颜色的颜料，并且在近红外波段有比较好的反射性能。近年来红外反射型的隔热材料得到了广泛的研究。
1.1.1金红石型TiO2
金红石型TiO2亦称作金红石钛白粉，它具有遮盖力高、着色力强、明度值大、耐候性好等一系列优点，是最常用的白色颜料。它的折光系数是目前所用填料中最大的，因而它的反射率很高，是隔热功能填料的首选。光谱仪测试发现它在可见光区的反射率接近100％，在近红外可见光区的发射率达85％以上，光指数达2.8，位居颜料之首，在200～400nm的近紫外区的吸收率达到了85％以上[4]，这说明它不仅对太阳光有着很好的阻隔作用，还对紫外线有很好的吸收作用，这样可大大屏蔽紫外线带来的涂膜的光热分解，提高了涂层的耐久性，而且纳米TiO2因其易得、耐腐蚀、对光稳定等优点而备受关注[5]，同时纳米复合涂料的各项性能也均高于原涂料[6]。因此，金红石型纳米TiO2粉体成为很受欢迎的高红外反射材料。李国栋[7]等用溶胶一凝胶法制备纳米TiO2，利用紫外一可见一近红外分光光度计测定样品在400～2500nm的反射率，系统研究了制备条件对样品反射率的影响，并确定了最佳制备条件。所制备的纳米TiO2粉体的平均反射率大于110％，明显高于市售的太阳热反射粉，该粉体能够作为良好的太阳热反射涂料颜填料。