作者丨彭军，虞荟星，徐凯斌
上海澳润化工有限公司
当前，世界能源紧缺问题日益严峻，各行各业对节能减排的要求越来越高。在建筑领域，因其能耗约占全社会总能耗的30%，且这仅仅是建筑物在建造和使用过程中消耗的能源比例，如果再加上建材生产过程中耗掉的能源，建筑相关能耗将占到社会总耗能的46.7%，所以建筑节能对实现“双碳”目标十分重要。
建筑保温隔热是减少能耗的重要措施之一，保温隔热涂料作为一种新型功能性涂料，凭借其自身导热系数低、隔热节能性能优异、施工便利、适应性强等优势，在实现建筑节能过程中发挥了越来越强大的作用。
一、建筑保温隔热涂料
建筑保温隔热涂层的保温隔热性能主要是通过增大涂层的太阳光反射比、增强涂层热辐射的发射率、减缓涂层的热传导等机理实现的。所以按隔热机理的不同，保温隔热涂料可分为反射型保温隔热涂料、辐射型保温隔热涂料和阻隔型保温隔热涂料三类。
反射型隔热涂料是通过在体系中添加对热辐射（太阳光辐射，特别是近红外辐射）有高反射率的颜料（例如上海澳润化工代理的全球五大钛白生产商之一的泛能拓生产的Altiris W400、550、800系列红外反射钛白粉和澳酷系列红外反射色浆等），提高近红外反射比和总太阳光反射比，降低建筑物外墙表面温度，达到隔热节能降耗效果的涂料。
辐射型隔热保温涂料是一种以发射热辐射的形式主动减少基材热传递的涂料，它是通过在涂料体系中添加能高效发射热辐射的颜填料实现的。当涂层吸收热量之后，它能将热量以一定波长的中远红外发射回太空环境中，降低建筑物表面的自身温度，从而达到隔热降温的效果。
阻隔型隔热保温涂料是一种以减少涂层内部热传导为主要目的的涂料，通过将密度小、气孔率高、导热系数低的功能填料（如中空玻璃微珠、二氧化硅气凝胶等）加入涂层体系中，从而降低涂层的导热系数，同时通过设计较高的涂膜厚度来提高热阻，达到保温隔热的目的的涂料。
目前常见的建筑反射隔热涂层系统一般由厚度约为50~150微米的高太阳光反射率和发射率的反射隔热面漆和厚度为1~2毫米的低导热系数的隔热中层涂料组成的复合反射隔热涂层体系。涂层体系如下图所示：
二、用于建筑保温隔热中层涂料的隔热材料
隔热材料一般为轻质、多孔、低导热系数的材料，传统隔热材料有飘珠、蛭石、轻质砂、膨胀珍珠岩等，这些材料一般价格低廉，但吸水率高、导热系数较高，制成的保温隔热涂层最多只能达到国标 GB/T25261-2018 隔热中涂漆二级要求（0.08~0.15 W/(m·K)）。
要制备导热系数更低、隔热效果更好的保温隔热中层涂料则需要更高性能的隔热材料，最常用的是中空玻璃微珠和二氧化硅气凝胶。它们的共同特点是低导热系数、低密度（中空）和化学惰性（不燃性）等。
1、中空玻璃微珠
中空玻璃微珠是一种微米级的表面光滑的空心玻璃微球，主要化学成分为硼硅酸盐玻璃，电镜下观察为空心透明正球体。中空玻璃微珠具有低密度、高强度、耐高温、耐酸碱、低导热、电绝缘等多种性能，具有良好的流动性和化学稳定性，是跨领域的多功能前沿新材料。
中空玻璃微珠的平均粒径只有几十微米，内部的空气不能自由地流动，使得对流传热不易发生，只剩下静止空气的热传导，而静止空气的导热系数极低（0.023W/m·k），所以通过中空玻璃微珠内部的空气传导的热量极为有限；众多足够小的中空微孔使得涂膜中界面的数量趋向于无穷多，可以使材料内部有非常多的反射界面，从而使辐射热传导非常困难；中空玻璃微珠的壁相对来说很薄，且众多的气孔使得热流沿壁传递绕过的路径变长，这样势必增加了热阻抗，从而降低了传热效率。
所以，中空玻璃微珠的导热系数很低，是一种高性能的隔热材料，相比膨胀珍珠岩、蛭石、海泡石等，具有更低的导热系数、更好的隔热效果。下表是相同条件下，用它们制成的隔热涂层的隔热温差。
上海澳润化工有限公司推出的“CROSFECT® MB1020隔热微球”是一种性能优异的中空玻璃微珠，具有密度小、体积大、导热系数低、抗收缩不易泥裂、抗压强度高、吸水率低、吸油量低、流动性好、耐各种腐蚀等物理特性。MB1020隔热微球的技术指标如下：
检测导热系数当然是检验玻璃微珠质量的最好方法，但是这需要先做涂料、再制板、养护、检测，且需要专业检测仪器，投入大、耗时长，一般涂料企业不具备这种检测条件。但玻璃微珠的堆积密度和漂浮率可以简单快速地测定，且与导热系数和隔热性能有很好的相关性。通常堆积密度越小，漂浮率越高，玻璃微珠的导热系数会越小，质量越高。故对于涂料企业来说，检测玻璃微珠的堆积密度和漂浮率是鉴别中空玻璃微珠质量优劣较好的方法，可以作为入厂检测指标。
堆积密度可采用下面的方法来检测：
在已知质量（m0）的甘氏密度瓶(100ml)中装满样品，用右手拿瓶，在左手掌心撞击10次，样品面将低于瓶口。再加入一些样品使密度瓶重新装满，用同样的方法震实样品，反复进行，直至样品面不再下降为止，加盖，用分析天平称甘氏密度瓶样品的总质量（m1），堆积密度=（m1- m0）/100。
能在水中漂浮说明中空玻璃微珠没有破损、是完好的，破损后微珠在水中就会沉降、不能漂浮，所以漂浮率就能表征中空玻璃微珠的破损率。破损的玻璃微珠无隔热作用，还可能积留水而导致导热系数增大，隔热作用明显下降。市场上同类产品的质量良莠不齐，破损率从不到1%到15%以上都有。可以用以下的方法检测中空玻璃微珠的漂浮率，并鉴别产品质量优劣：
分别用量筒量取100ml中空玻璃微珠和水，于250ml的烧杯中用玻璃棒搅拌均匀。再用100ml的量筒量取100ml该混合液，并静置。24小时后，分别读取中空玻璃微珠漂浮的体积V漂浮和沉降的体积V沉降，漂浮率=V漂浮/（V漂浮+V沉降）*100%。
“CROSFECT® MB1020隔热微球”与同类产品相比，具有堆积密度低、漂浮率高、导热系数低的优点，是同类产品中的佼佼者，可用作隔热中涂的主要材料，降低涂层的导热系数、提高热阻。
下图是“CROSFECT® MB1020隔热微球”与市场上其它隔热微球漂浮率的对比。
从上图可以看出，“CROSFECT® MB1020隔热微球”漂浮率最高，几乎没有沉降；而其它几种隔热微球有大量的沉降，说明其破损率高，从而使得其隔热性能下降。
2、二氧化硅气凝胶
二氧化硅气凝胶作为被全球科学界广泛关注的新材料，吸引世界各国科学家倾力研究。气凝胶可使众多行业、学科产生质的飞跃，并称其为“可以改变世界的多功能新材料”。我国工信部于2019年12月发布的《重点新材料首批次应用示范指导目录（2019年版）》中，明确支持气凝胶材料在航天航空、石油化工、节能环保、新能源、微电子等领域的发展。
气凝胶因具有独特的纳米结构，在热学、声学、力学、光学等方面均有独特的优良性质，具有保温隔热、隔音降噪、红外线吸收、催化、环境保护等多种优异的性能。
气凝胶内部结构是由相互交联的纳米颗粒所组成，颗粒连接成骨架，形成独特的网状多孔结构，孔径在20~50纳米之间，因此它具有低密度（≤0.16 mg/cm3）、高比表面积（400~1000 m2/g）、高孔隙率（90%-99.8%）、低热导系数（~ 0.018 W/(m·k）)。
热量的传递有传导、对流、辐射三种方式，气凝胶通过抑制热传导、阻隔热对流、阻挡热辐射等全方位阻隔热量传递，具有极低的导热系数，它是目前已知的导热系数最低的材料。
上海澳润化工有限公司推出的“CROSFECT® AP50”是一种二氧化硅气凝胶，它导热系数极低（0.018 W/（m·K）），同时具有优异的耐热性和超强的疏水性。具体的技术指标如下表所示：
AP50气凝胶可以单独用来生产隔热中涂，推荐用量为 5~8%，制成的气凝胶隔热涂料导热系数最低可达0.028 W/(m·K)。也可以与其它隔热材料如MB1020隔热微球配合使用，有更好的协同增效作用，可提高涂层的综合性能，同时降低原材料成本。
气凝胶和空心玻璃微在隔热中涂漆的协同作用如下图模型所示：
三、建筑保温隔热中层涂料的推荐配方
建筑保温隔热中层涂料隔热材料的选择应以MB1020隔热微球为主，用量越大，涂层的导热系数越低。推荐添加量为10~25%，涂层的导热系数可达到 0.10~0.05 W/(m·K)。
涂层的导热系数与MB1020隔热微球的用量关系见下图：
注：上图中导热系数采用“瞬态平面热源法”测定，测量仪器为“上海和晟HS-DR-5导热系数分析仪”，见下图。
AP50气凝胶可作为辅助材料与MB1020搭配使用，进一步提高隔热效果的同时，还为涂层带来较好的疏水性。
1、推荐配方一：
导热系数λ≈0.10W/(m·K)，可满足GB/T25261-2018标准对隔热中涂漆2级要求（>0.08，≤0.15 W/(m·K)）。
2、推荐配方二：
导热系数λ≈0.07W/(m·K)，可满足GB/T25261-2018标准对隔热中涂漆1级要求（≤0.08 W/(m·K)）。
3、推荐配方三：
导热系数λ≈0.04W/(m·K)，可满足T/CECS 10126-2021气凝胶绝热厚型涂料系统标准对气凝胶绝热厚质中涂漆的技术要求（≤0.044W/(m·K)）。
(0)
