隔熱防污自潔金屬塗料

刊登日期:2012/12/11
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隔熱與防污塗料原理與技術
熱傳遞有傳導(Conduction)、對流(Convection)、輻射(Radiation) 三種方式。熱傳導主要藉由原子的震動將熱傳遞給周圍原子,或是熱電子經由碰撞將熱能傳給其他冷電子,因此原子密度高的熱傳導係數大,如固體的熱傳導大於液體,液體大於氣體。導體又大於絕緣體,如銅導體熱傳導係數為401 W/m·K , 大於玻璃絕緣體1.1 W/m·K 。熱對流與傳統相同需要介質進行傳遞,例如熱空氣的密度較低會往上方移動,冷空氣的密度高往下移動,形成熱對流機制,因此冷氣會安裝於室內上方,冷空氣往下移動,熱空氣向上移動,藉由熱對流機制室溫才能快速達到平衡。
 
為了避免太陽熱量傳遞進入室內,隔熱材料必須將太陽光線反射,即高的日光反射率(Total Solar Reflectance; TSR),避免吸收光線。但隔熱塗料無法完全反射太陽光線,因此塗料一旦形成吸收,也要快速將熱能排出,因此須有高的熱輻射放射能力,即高的放射率(Thermal Emittance; ε)。美國冷屋頂協會(Cool Roof Rating Council)制定評估節能材料標準,定義日光反射率指數(Solar Reflectance Index; SRI)。較高的SRI 代表有較佳的隔熱效果,而SRI 就是經由日光反射率與放射率所換算得到,高的TSR 與ε才能有高的SRI 指數。
 

圖二、房屋熱傳輸比例
 
 
隔熱建材除了設計日光熱輻射反射外,熱傳導的阻隔也常應用在建材上,常見的建材如發泡材、岩棉等降低熱傳導係數,達到熱阻絕效果。在塗料方面,若是塗層厚度足夠,如超過200 μm 以上,塗料較可設計低的熱傳導能力,太薄的塗層無法發揮低熱傳導效果。因此,隔熱塗料通常是以金屬氧化粒子來提高日光反射率,添加陶瓷、火山灰類白色砂質沉積層(Sirasu)等空心材料,以提升隔熱、降低熱傳導效果。
 

圖五、黑色反射顏料與一般黑色顏料之隔熱效果
 
超疏水與超親水的自潔方式是以天然雨水沖洗,其中超疏水型自潔塗料是藉由超低表面能特性,能讓污染物極不易附著於物體表面,再加上雨水容易在表面滾動,同時將髒污移除,達到自潔效果。因此要構成超疏水自潔塗料,必須具備低表面能特性之高接觸角(>150°)與水滴能輕易滾動的低滑落角。最著名的理論是在1994 年由德國波昂大學Barthlott教授所提出的蓮花效應(Lotus Effect),他們研究數百種植物的接觸角大小,發現某些植物的接觸角高於傳統疏水塗料的120° ,某些植物的接觸角較小,而接觸角大的植物具有自潔(Self-cleaning)的能力。
 
工研院隔熱防污金屬塗料發展狀況
工研院近年來也投入節能與自潔塗料的開發,自潔塗料的開發是利用蓮花效應原理製作出奈米尺寸之微結構,讓塗層撥水、撥油,效果優於一般微米結構,提升塗層之自潔防污性。以往自潔塗料因為表面結構無法與有機樹脂有很好的相容性,本團隊以自分層技術結合隔熱技術與金屬塗料配方,成功製備出一液型隔熱自潔金屬塗料技術,其水接觸角163°、葵花油接觸角145°(圖八)、日光反射率70% ,並以奈米標章油性與水性自潔試驗ΔE* 為0.77 與0.21(圖九),證實本團隊開發之隔熱自潔金屬塗料有良好的隔熱與自潔效果……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文
 
作者: 黃元昌、徐雅怡、簡淑雲、沈永清 / 工研院材化所  
★ 本文節錄自「工業材料雜誌312期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10756

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