3M陶瓷微球在保温涂料应用

 3M玻璃陶瓷微球用于保温涂料原理 一、 前言目前常用的隔热方法主要是有添加隔热层（包括保温涂料，保温系统等）、水喷淋以及金属隔膜等几种方法。常见的保温系统主要原理就是通过由聚苯发泡等低导热系数的材料制成的隔热层，形成一个温度梯度，减缓热通过传导的形式传递，从而起隔热保温的效果。但是一旦热通过表面传入内部，热能将被隔热材料所吸收，还是被困陷在其中，造成温度的升高。而用3M玻璃陶瓷微球制成的保温涂料却能很好的解决了这个问题。二、 产品介绍 3M公司可以添加在保温隔热涂料中的微球，主要有玻璃微球和陶瓷微球两种。 3M玻璃微球区别于其它公司的微球主要在材料和制作工艺上，3M玻璃微球是碱石灰硼硅酸玻璃，不溶于水和溶剂，而其它微球大多数是水溶性的硼硅酸盐组成；此外在制作工艺上，3M采用的是粉末法，即先做成玻璃，然后经二次发泡做成微球，而其它开光护身符公司产品通常是液滴法或干燥凝胶法。所以3M玻璃微球的闭孔率和比重都要优于其它微球。3M玻璃微球是内部为1/3个大气压的中空结构，保温涂料中我们推荐K1和VS5500，K1的比重为0.125g/l，导热系数为0.003BTU/in.hr.℉左右，是目前全球比重最小、导热系数最低的玻璃微球之一，由于其空心结构多，所以能最好的降低涂料的导热系数，但由于其抗压强度低（1.72MPa，约17个大气压），所以只能在滚涂和刷涂工艺中使用，对于喷涂工艺，我们推荐使用VS5500，其抗压强度为37.9MPa，可以经受喷涂的压力。 K1电径扫描图 3M陶瓷微球为实心结构，我们推荐的W-210为白色粉末状微球(G200为灰色粉末)，其粒径为3微米（50%），抗压强度大于413.41MPa。三、 原理热的传递有三种方式：传导、对流和辐射。从传导角度看，一般的保温系统的聚苯会有几厘米厚，而保温隔热涂料只有0.4-0.6毫米厚，从这个角度讲，即使隔热涂料的导热系数远低于聚苯材料，隔热效果也比不上聚苯。所以薄薄的一层隔热涂料就要取代保温系统，原理不是简单的通过降低导热系数，还需要最大程度的反射红外和可见光等。建筑保温涂料主要分外墙外保温涂料、房顶涂料和外墙内保温涂料三大类，对于外墙外保温涂料和房顶涂料讲，其主要功能是阻止太阳辐射的能量传到室内（隔热），而外墙内保温涂料的功能是把房间内的能量保持在室内（保温），由于两者的功能不一样，所以基于的原理也不一样。 1、 外墙外保温涂料和房顶涂料的原理太阳光线主要是分红外、可见以及紫外三大区，其中红外占太阳光中50%的能量，可见光占45%的能量，紫外占5%的能量。太阳光透过物体的表面后，能量就会以热的形式传递。所以外墙外保温涂料和房顶涂料的主要原理就是首先阻止太阳光的能量穿透过表面，其次对穿透过的热有阻隔作用。 众所周知，如果一个波的波长远大于物体的粒径就会绕过物体，对于光来讲，物体就是透明的，如果波长远小于物体的粒径，波就会发生衍射，只有当物体的粒径跟波的波长在同一数量级时，才能发生反射。（当粒径跟波长不在同一数量级，发生瑞利散射，在同一数量级，会发生菲涅耳反射，此时反射效率最高）。3M陶瓷微珠W210（G200）的粒径为2000-3000nm，跟太阳光中可见光（380-760nm）和近红外（760-2500nm）的波长在同一数量级，能最大程度的反射。对于不能反射的光线，将会有被涂料散射和穿透涂料表面两种方式，对于涂料来讲，如果其填料和树脂的折射率差距越大其透射率越低，常见填料的折射率如下： 名称 折射率 名称 折射率树脂 1.52左右 碳酸钙 1.58 钛白粉 2.76 二氧化硅 1.55 氧化铁 2.3 3M玻璃微球 1.2左右氧化锌 2．02 由表可以看出，钛白粉与树脂的差距最大，对于阻止光的穿透效果最好。所以外墙外保温涂料中，钛白粉是不可取代的。而穿透过涂料表面的光线，会转化为热，并且以传导的形式传递，此时涂料的隔热效果与涂料的导热系数相关，导热系数越低，其阻隔热的效果越好。我们可以通过添加3M空心结构的玻璃微球K1（VS5500）去明显的降低导热系数。所以对于外墙外保温涂料和房顶涂料，我们可以通过添加陶瓷微球去反射太阳光中大部分的能量，通过添加钛白粉去阻止光线的穿透，通过添加空心结构的玻璃微球去降低涂料的导热系数，阻隔内部穿透的能量。 2、 外墙内保温涂料的原理玻璃对于可见光是透明的，对于红外和紫外是不透明的，所以太阳光中可见光的能量可以透过玻璃，而红外和紫外的能量不能透过。冬天使用的大棚就是利用这个原理使室内温度升高：大棚的棚顶为玻璃结构，太阳光中占50%能量的可见光可以穿透过玻璃到达室内，被室内的泥土和植物吸收后，能量又会以红外的形式被辐射出来，由于玻璃对红外不透明，所以能量不能穿透过玻璃被保留在室内，这样室内的温度会越来越高。冬天室外温度低，外墙内壁的温度也会较低，室内温暖空气中所含的水汽碰到墙壁会凝结在墙壁上，造成的后果有两个：1、室内空气中的水汽会源源不断的往墙上凝结，空气越来越干，人体的舒适度下降；2、外墙变湿，墙体的导热系数变大，热量会很快从墙体流失。用玻璃微球做填料的内保温涂料可以解决上述问题。室内的物体包括家具、人体、取暖器等都会以黑体辐射向外散发能量，即以红外线的形式向外散发能量。红外线到达涂料表面有部分能量被反射出去，其余会穿透过涂料表面到达内部，到达内部红外线碰到玻璃微球会被反射，反射的红外线在没有穿透到涂料外部时如果再碰到别的微球又会被反射回来，这部分能量会在涂料内部聚集，使得涂料温度升高（能高出涂料旁边空气0.5-1℃），这样水汽就不会在涂料上冷凝。从而保持室内空气的湿度和墙体的干燥。四、 结论 3M陶瓷、玻璃微球可作为一种功能性填料添加到隔热保温涂料中，在外墙外保温涂料中，可用W-210(G200)提高反射率，用玻璃微球K1(VS5500)去降低导热系数。在外墙内保温涂料中，我们利用玻璃对红外线不透明的原理保持墙体的干燥，此外K1(VS5500)能降低涂料的导热系数，起到保温的效果