建築用透明低熱導矽烷混成材料技術

刊登日期:2012/12/18
  • 字級

由於陽光由窗戶射入屋內之輻射熱及照射外牆產生的傳導熱,一般使用竹簾或窗簾約可減少35% 的輻射熱,遮陽雨棚約可減少75% 的輻射熱,而夏日強烈陽光直射樓頂或建築物,因熱的傳導造成屋內溫度上升,故可於屋頂架設遮陽黑網、種植花木以減少日曬,或塗上隔熱漆來降低冷氣負荷,達到節能目的。

應用於建築的隔熱材料
目前國內隔熱漆的材質通常是添加常見的陶瓷、雲母、樹脂(亞克力樹脂)與適合的聚合體等,塗佈於外牆,以阻隔熱能傳導與造成短波(即太陽光線)反射率提高,以白色塗料對太陽光線的反射率最高,達成隔熱降溫與節能的功效。而一般隔熱漆須塗刷多次,才能達到隔熱標準,但依牆面材料的不同,隔熱效果也不同。而透明的隔熱材料有吸收可見光的染色膜、利用金屬特性反射可見光與紅外光的鋁膜、奈米金屬銀膜、以多層薄膜堆疊的光譜選擇性薄膜等。

具低熱導特性的孔洞材料
由於中孔洞矽膜(Mesoporous Silica Film)隨孔隙度增加,熱傳導率會下降。厚度150 nm 的Mesoporous Silica Film 在波長8 到12μm的紅外線吸收可達90% 以上,如圖一所示。例如以Poly(ethylene oxide-blockpoly propylene oxide-block poly ethylene oxide triblock copolymer, EO20PO70EO20 or P123)為界面活性劑合成之中孔洞矽材料,藉由合成的手法控制結構,結構為Cubic 時,熱導係數為0.28~0.32 W/m•K;而當結構為Hexagonal時,熱導係數為0.19~0.21 W/m•K ,如圖二所示。


圖一、中孔洞矽隔熱層的熱輻射測定


圖二、六角形中孔洞矽薄膜的電子顯微鏡圖

藉由無機- 有機混成材料技術,開發一種耐候透明低熱導混成材料,可由一種做為隔熱塗料達到建築節能的目的。以溶膠凝膠法製備中孔洞矽的前驅物溶液,或製備中孔洞矽奈米粒子,搭配有機矽氧烷聚合物混成並塗佈成薄膜後,以照光方式得到含孔洞的低導熱透明薄膜。其中因固體粒子間微細的接觸,熱傳導路徑將會受到限制,可降低熱傳導。且孔洞大小因小於分子碰撞的平均自由路徑,可降低氣體熱對流與傳導。再藉由有機矽氧烷聚合物可增加成膜性、膜厚度,提高孔隙率與降低導熱係數。

透明耐候低熱導材料應用
工研院材化所開發的矽氧烷無機- 有機混成塗料,具有透明、耐候、低熱導與自潔特性。藉由中孔洞矽表面的官能基與有機矽氧烷聚合物官能基調整,達到功能化與膜面表面能的調整,其接觸角可低於10度或大於110 度。經由混成比例的適當調整,可增加膜層厚度,進而提升無機物中孔洞矽的孔洞率與於基材表面之附著力。

矽氧烷無機- 有機混成塗料可增加基材的透光度,可應用於建築玻璃,提高光穿透性,減少室內照明用電。其中,中孔洞矽的低熱導功能可以降低熱傳導速度,應用於建材塗佈時,依照塗佈面,在熱帶地區使用時,使室外熱無法傳入,減少冷氣使用,在寒帶地區使用時,可減少暖氣從室內傳至室外。此外,藉由中孔洞矽表面親疏水性的功能化,得到低接觸角(<10°),可增加防霧滴的自潔效果,並提升防流滴特性,應用於塗佈農用膜時可減少病蟲害。這種含中孔洞矽或奈米矽/ 矽氧烷高分子的混成塗料亦具有良好耐熱性,成膜經過400°C 測試仍不會降低膜的透光或造成膜的黃化……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文

作者:蘇育央、呂奇明 / 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=10757


分享
為此篇文章評分