[發(fā)明專利]大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110343318.6
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN102408806A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊輝;郭興忠;蔡偉煒;呂林一秀
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C09D133/04
• 分類號: C09D133/04;C09D125/14;C09D101/28;C09D5/33;C09D7/12;C09D7/06
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種涂料，尤其涉及一種可涂覆于建筑或車窗玻璃外表面的大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料及其制備方法。

背景技術(shù)

從熱輻射觀點(diǎn)來看，外層空間可以近似堪稱一個絕對溫度為零的黑體。如果在大氣層外設(shè)一個溫度為T＝300K的黑體(遮住直射的太陽光)；則它將被逐漸地冷卻下來。根據(jù)斯蒂芬-波爾茲曼定律，可以計(jì)算出它輻射到外層空間的單位面積能量W：

W＝αT⁴＝5.7×10^-8×300⁴≈450W/m²

這個數(shù)值是非常高的制冷量。在外層空間，利用輻射型涂料，可以獲得很好的隔熱效果。美國航空航天局(NASA)就在1994年開發(fā)了新型的高輻射涂層(Emisshield)技術(shù)，并將其用于X-33與X-34型軌道飛行器。該產(chǎn)品在室溫下具有高達(dá)0.8-0.9的輻射率，并且其使用溫度可達(dá)3000F甚至更高。

但在大氣層之內(nèi)，由于大氣阻擋了部分紅外輻射到達(dá)外層空間，其制冷效果會大幅度下降。因?yàn)樵诖髿鈱觾?nèi)，并不是地球發(fā)射的所有輻射都通過太空。輻射相當(dāng)大的一部分被地球大氣所吸收和重新發(fā)射到地球的表面。

大氣層的紅外輻射主要來源于大氣中的水蒸氣、二氧化碳、臭氧及懸浮微粒，其中起主要作用的是水蒸氣和二氧化碳。在波長為8～13.5μm的區(qū)間內(nèi)，水蒸氣和二氧化碳的紅外吸收能力較弱，因此，在此波段內(nèi)的紅外輻射能力也較弱，這樣就使得大氣層對8～13.5μm的紅外輻射有很高的透過性，我們稱波長為8～13.5μm的區(qū)間為“大氣窗口”。在實(shí)際的應(yīng)用中，可以利用這樣一個紅外的窗口，來達(dá)到輻射制冷的目的。

圖1表示大氣層中的輻射體的輻射功率及天空投射到輻射體上的輻射功率與波長之間的關(guān)系，可知，當(dāng)輻射熱損與熱收益相一致時，輻射體的溫度可達(dá)到最低值，在天空清澈無云的夜間，一個黑體可以冷卻至比周圍環(huán)境氣溫低10～20℃。而圖2為當(dāng)輻射體在8～13.5μm范圍內(nèi)為理想黑體，而在其他范圍內(nèi)圍理想反射體的情況，可知這樣的輻射體可比黑體降至更低的溫度。

透明隔熱涂料是一種可在涂覆后形成透明涂層的涂料，并且該涂層在近紅外區(qū)對陽光有很強(qiáng)的阻隔性能。美國專利US5518810?Infrared?ray?cutoff?material?and?infrared?cutoff?powder?use?for?same就描述了一種摻錫氧化銦粉體分散在無機(jī)或者有機(jī)聚合物中形成的涂料，其在可見光區(qū)透明，并且能阻隔波長在1000nm以上的近紅外光，從而達(dá)到隔熱的目的。

在有關(guān)透明隔熱涂料專利中——如申請?zhí)枮?00410014672.4的中國專利“納米透明隔熱復(fù)合涂料及其該涂料的隔熱效果測試裝置”，以及申請?zhí)枮?01010199580.3的中國專利“一種紅外屏蔽型玻璃隔熱涂料及其制備方法”——均使用納米摻雜氧化物作為功能填料。但是，由于納米摻雜氧化物對紅外線很強(qiáng)的吸收作用及其較低的紅外發(fā)射率，使得涂層不斷吸收太陽紅外輻射，卻無法通過熱輻射有效地進(jìn)行冷卻。因此，在陽光——尤其是夏日正午陽光——的照射下涂層所涂覆的表面會升至很高的溫度，而且在陽光直射結(jié)束之后，由于涂層在紅外光區(qū)——尤其是大氣窗口區(qū)域的低發(fā)射率，涂層所涂覆的表面的降溫過程也會進(jìn)行地很慢。涂層長時間處于高溫狀態(tài)，會造成建筑物或是車輛內(nèi)部制冷負(fù)荷的增加，影響涂層的使用壽命。

而如果當(dāng)涂層具有在大氣窗口區(qū)域的高發(fā)射性能時，就可以在陽光直射過后快速冷卻，有效減少涂層表面在較高溫度所停留的時間，減小建筑物或車輛內(nèi)部制冷負(fù)荷，延長涂層使用壽命。

涂層的高發(fā)射能力被廣泛的應(yīng)用于不透明的太陽熱反射涂層中以避免涂層表面積累過多的熱量，根據(jù)公開號為CN?101812269?A的中國專利“太陽熱輻射反射涂料”所述，按重量百分比包括20-70％成膜物質(zhì)，20-60％溶劑，2-10％中空微粒，2-10％紅外粉，0.1-1％納米二氧化鈦，4-20％助劑所得的涂料，經(jīng)涂裝成膜之后，至少達(dá)到大于等于85％的全光譜太陽熱反射率、大于等于85％的半球發(fā)射率。公開號為CN?101565581A的中國專利“反射隔熱涂料及其制作方法”中所述反射隔熱涂料，其全光譜太陽反射比為0.87，其半球發(fā)射率為0.87。但是這些涂料均不是透明的，無法滿足透明涂料的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種大氣窗口高發(fā)射的透明隔熱涂料，其能克服已有技術(shù)中所公開的透明隔熱涂料所出現(xiàn)的大氣窗口區(qū)發(fā)射率較低而無法有效散熱的不足。