3M玻璃陶瓷微球用于保溫涂料原理 一、 前言 目前常用的隔熱方法主要是有添加隔熱層（包括保溫涂料，保溫系統(tǒng)等）、水噴淋以及金屬隔膜等幾種方法。常見(jiàn)的保溫系統(tǒng)主要原理就是通過(guò)由聚苯發(fā)泡等低導(dǎo)熱系數(shù)的材料制成的隔熱層，形成一個(gè)溫度梯度，減緩熱通過(guò)傳導(dǎo)的形式傳遞，從而起隔熱保溫的效果。但是一旦熱通過(guò)表面?zhèn)魅雰?nèi)部，熱能將被隔熱材料所吸收，還是被困陷在其中，造成溫度的升高。而用3M玻璃陶瓷微球制成的保溫涂料卻能很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。 二、 產(chǎn)品介紹 3M公司可以添加在保溫隔熱涂料中的微球，主要有玻璃微球和陶瓷微球兩種。 3M玻璃微球區(qū)別于其它公司的微球主要在材料和制作工藝上，3M玻璃微球是堿石灰硼硅酸玻璃，不溶于水和溶劑，而其它微球大多數(shù)是水溶性的硼硅酸鹽組成；此外在制作工藝上，3M采用的是粉末法，即先做成玻璃，然后經(jīng)二次發(fā)泡做成微球，而其它公司產(chǎn)品通常是液滴法或干燥凝膠法。所以3M玻璃微球的閉孔率和比重都要優(yōu)于其它微球。3M玻璃微球是內(nèi)部為1/3個(gè)大氣壓的中空結(jié)構(gòu)，保溫涂料中我們推薦K1和VS5500，K1的比重為0.125g/l，導(dǎo)熱系數(shù)為0.003BTU/in.hr.℉左右，是目前全球比重較小、導(dǎo)熱系數(shù)較低的玻璃微球之一，由于其空心結(jié)構(gòu)多，所以能較好的降低涂料的導(dǎo)熱系數(shù)，但由于其抗壓強(qiáng)度低（1.72MPa，約17個(gè)大氣壓），所以只能在滾涂和刷涂工藝中使用，對(duì)于噴涂工藝，我們推薦使用VS5500，其抗壓強(qiáng)度為37.9MPa，可以經(jīng)受?chē)娡康膲毫Α?K1電徑掃描圖 3M陶瓷微球?yàn)閷?shí)心結(jié)構(gòu)，我們推薦的W-210為白色粉末狀微球(G200為灰色粉末)，其粒徑為3微米（50%），抗壓強(qiáng)度大于413.41MPa。 三、 原理 熱的傳遞有三種方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。從傳導(dǎo)角度看，一般的保溫系統(tǒng)的聚苯會(huì)有幾厘米厚，而保溫隔熱涂料只有0.4-0.6毫米厚，從這個(gè)角度講，即使隔熱涂料的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于聚苯材料，隔熱效果也比不上聚苯。所以薄薄的一層隔熱涂料就要取代保溫系統(tǒng)，原理不是簡(jiǎn)單的通過(guò)降低導(dǎo)熱系數(shù)，還需要較大程度的反射紅外和可見(jiàn)光等。 建筑保溫涂料主要分外墻外保溫涂料、房頂涂料和外墻內(nèi)保溫涂料三大類(lèi)，對(duì)于外墻外保溫涂料和房頂涂料講，其主要功能是阻止太陽(yáng)輻射的能量傳到室內(nèi)（隔熱），而外墻內(nèi)保溫涂料的功能是把房間內(nèi)的能量保持在室內(nèi)（保溫），由于兩者的功能不一樣，所以基于的原理也不一樣。 1、 外墻外保溫涂料和房頂涂料的原理 太陽(yáng)光線(xiàn)主要是分紅外、可見(jiàn)以及紫外三大區(qū)，其中紅外占太陽(yáng)光中50%的能量，可見(jiàn)光占45%的能量，紫外占5%的能量。太陽(yáng)光透過(guò)物體的表面后，能量就會(huì)以熱的形式傳遞。所以外墻外保溫涂料和房頂涂料的主要原理就是首先阻止太陽(yáng)光的能量穿透過(guò)表面，其次對(duì)穿透過(guò)的熱有阻隔作用。 眾所周知，如果一個(gè)波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于物體的粒徑就會(huì)繞過(guò)物體，對(duì)于光來(lái)講，物體就是透明的，如果波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于物體的粒徑，波就會(huì)發(fā)生衍射，只有當(dāng)物體的粒徑跟波的波長(zhǎng)在同一數(shù)量級(jí)時(shí)，才能發(fā)生反射。（當(dāng)粒徑跟波長(zhǎng)不在同一數(shù)量級(jí)，發(fā)生瑞利散射，在同一數(shù)量級(jí)，會(huì)發(fā)生菲涅耳反射，此時(shí)反射效率較高）。3M陶瓷微珠W210（G200）的粒徑為2000-3000nm，跟太陽(yáng)光中可見(jiàn)光（380-760nm）和近紅外（760-2500nm）的波長(zhǎng)在同一數(shù)量級(jí)，能較大程度的反射。 對(duì)于不能反射的光線(xiàn)，將會(huì)有被涂料散射和穿透涂料表面兩種方式，對(duì)于涂料來(lái)講，如果其填料和樹(shù)脂的折射率差距越大其透射率越低，常見(jiàn)填料的折射率如下： 名稱(chēng) 折射率 名稱(chēng) 折射率 樹(shù)脂 1.52左右 碳酸鈣 1.58 鈦白粉 2.76 二氧化硅 1.55 氧化鐵 2.3 3M玻璃微球 1.2左右 氧化鋅 2．02 由表可以看出，鈦白粉與樹(shù)脂的差距較大，對(duì)于阻止光的穿透效果較好。所以外墻外保溫涂料中，鈦白粉是不可取代的。 而穿透過(guò)涂料表面的光線(xiàn)，會(huì)轉(zhuǎn)化為熱，并且以傳導(dǎo)的形式傳遞，此時(shí)涂料的隔熱效果與涂料的導(dǎo)熱系數(shù)相關(guān)，導(dǎo)熱系數(shù)越低，其阻隔熱的效果越好。我們可以通過(guò)添加3M空心結(jié)構(gòu)的玻璃微球K1（VS5500）去明顯的降低導(dǎo)熱系數(shù)。 所以對(duì)于外墻外保溫涂料和房頂涂料，我們可以通過(guò)添加陶瓷微球去反射太陽(yáng)光中大部分的能量，通過(guò)添加鈦白粉去阻止光線(xiàn)的穿透，通過(guò)添加空心結(jié)構(gòu)的玻璃微球去降低涂料的導(dǎo)熱系數(shù)，阻隔內(nèi)部穿透的能量。 2、 外墻內(nèi)保溫涂料的原理 玻璃對(duì)于可見(jiàn)光是透明的，對(duì)于紅外和紫外是不透明的，所以太陽(yáng)光中可見(jiàn)光的能量可以透過(guò)玻璃，而紅外和紫外的能量不能透過(guò)。冬天使用的大棚就是利用這個(gè)原理使室內(nèi)溫度升高：大棚的棚頂為玻璃結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)光中占50%能量的可見(jiàn)光可以穿透過(guò)玻璃到達(dá)室內(nèi)，被室內(nèi)的泥土和植物吸收后，能量又會(huì)以紅外的形式被輻射出來(lái)，由于玻璃對(duì)紅外不透明，所以能量不能穿透過(guò)玻璃被保留在室內(nèi)，這樣室內(nèi)的溫度會(huì)越來(lái)越高。 冬天室外溫度低，外墻內(nèi)壁的溫度也會(huì)較低，室內(nèi)溫暖空氣中所含的水汽碰到墻壁會(huì)凝結(jié)在墻壁上，造成的后果有兩個(gè)：1、室內(nèi)空氣中的水汽會(huì)源源不斷的往墻上凝結(jié)，空氣越來(lái)越干，人體的舒適度下降；2、外墻變濕，墻體的導(dǎo)熱系數(shù)變大，熱量會(huì)很快從墻體流失。用玻璃微球做填料的內(nèi)保溫涂料可以解決上述問(wèn)題。室內(nèi)的物體包括家具、人體、取暖器等都會(huì)以黑體輻射向外散發(fā)能量，即以紅外線(xiàn)的形式向外散發(fā)能量。紅外線(xiàn)到達(dá)涂料表面有部分能量被反射出去，其余會(huì)穿透過(guò)涂料表面到達(dá)內(nèi)部，到達(dá)內(nèi)部紅外線(xiàn)碰到玻璃微球會(huì)被反射，反射的紅外線(xiàn)在沒(méi)有穿透到涂料外部時(shí)如果再碰到別的微球又會(huì)被反射回來(lái)，這部分能量會(huì)在涂料內(nèi)部聚集，使得涂料溫度升高（能高出涂料旁邊空氣0.5-1℃），這樣水汽就不會(huì)在涂料上冷凝。從而保持室內(nèi)空氣的濕度和墻體的干燥。 四、 結(jié)論 3M陶瓷、玻璃微球可作為一種功能性填料添加到隔熱保溫涂料中，在外墻外保溫涂料中，可用W-210(G200)提高反射率，用玻璃微球K1(VS5500)去降低導(dǎo)熱系數(shù)。在外墻內(nèi)保溫涂料中，我們利用玻璃對(duì)紅外線(xiàn)不透明的原理保持墻體的干燥，此外K1(VS5500)能降低涂料的導(dǎo)熱系數(shù)，起到保溫的效果