低熱傳導隔熱塗料：材料世界網

低熱傳導隔熱塗料
建築隔熱塗料除日光反射塗料外，低熱傳導塗料亦是重要技術之一。但低熱傳導建材多以塊材為主，包含無機孔隙材料、有機高分子發泡、氣凝膠等板材。要配置成塗料，多孔性/中空材料必須與樹脂結合，結合過程中易造成塞孔、分散等問題，造成熱傳導提高、粉化、物性不佳等缺點。最常見之低熱傳導塗料，是以中空玻璃球做為低熱傳導介質，中空球可避免樹脂進入孔隙內，減少熱傳導提升可能性。但這類低熱傳導塗料，熱傳導係數（k）不會低於 0.1 W/m·K；或是結合孔隙或中空陶瓷材料，k可下降到 0.06 W/m·K。最新的趨勢是以超低熱傳導氣凝膠配製成塗料，其k值更可下降至 0.03~0.05 W/m·K。

多孔性低熱傳導材料
固體材料熱傳導係數如表一，無機材料熱傳導係數(k)較高，如玻璃 1.4 W/m·K 高於有機材料聚苯乙烯 0.13 W/m·K。氣體則是有更低熱傳導係數，如空氣 0.025 W/m·K、二氧化碳 0.0162 W/m·K、CFCl₃ 0.008 W/m·K，氣體熱傳導係數可低於固體 10倍以上。因此結合氣體、固體的多孔性材料，將可大幅降低材料熱傳導，應用於隔熱、保溫等用途。

圖一為不同多孔性材料含量（密度）與熱傳導關係，固體含量下降（密度下降）會使得 k_s下降，理論熱傳導係數應下降；但密度下降卻會造成 k_r上升（k g維持定值），兩者相互影響下會形成一最佳密度與低熱傳導效果。如表二，常見多孔性材料之k值，一般而言，有機發泡熱傳導係數較低，尤其是 PU填充氟碳氣體（CFC），k可低至 0.026 W/m·K；無機材料本質熱傳導較高，因此無機多孔性材料如發泡玻璃（Foam Glass）、矽酸鈣（Calcium Silicate）熱傳導係數相對較高。圖二為多孔性低熱傳導材料市場，礦物材料雖熱傳導係數稍高，但難燃性優越，更符合多數建材法規，因此市場占有率可達 44%；其他有機發泡材料 PU、PS等則是因熱傳導低，可應用於非難燃建材。

圖一、多孔性材料之熱傳導性

低熱傳導塗料
塗層的阻熱性與其厚度、熱傳導係數有關。使用高熱傳材料必須增加厚度來達到相同效果，但這樣會造成成本增加、室內空間減少、建築設計限制等。業界一直追求的是超低熱傳導（k<0.03W/m·K）之塗料技術，但傳統多孔性低熱傳導材料多以塊材或片材來使用，要配製成塗料多孔性/中空材料必須與樹脂結合，結合過程中會造成塞孔、分散等問題，使得熱傳導提高，出現粉化、物性不佳等缺點。為解決此問題，必須以樹脂、溶劑、添加劑等調配低熱傳塗料配方，但樹脂熱傳導大約為 0.2 W/m·K，添加太多會造成熱傳導係數大幅上升，添加過少則可能無法形成連續塗膜，或是粉化、拉伸強度不足等問題。

圖三、氣凝膠含量與熱傳導係數、拉伸強度

2. 中空陶瓷塗料
陶瓷跟玻璃在無機材料都屬於低熱傳導，因此陶瓷材料製作成更高孔隙之孔隙材料，其k值會低於中空玻璃球。因此Comitea等人使用低成本、多孔隙高表面積（155 m² /g）、孔隙尺寸 5.8 nm、粒徑 100nm之三氧化二鋁，以 Styrene Acrylate 為樹脂，粉體與樹脂重量比為 3.5:1，並添加分散劑、增稠劑等，配置成低熱傳導塗料，其熱傳導係數可低至 0.049 W/m·K（表四），相對於氣凝膠塗料約高 0.01 W/m·K，但成本相當具有競爭力。

3. 氣凝膠塗料
氣凝膠是目前發現熱傳導最低之材料，但氣凝膠密度低，分散不易，且氣凝膠開孔性材質一旦被樹脂塞住，或是在塗佈、攪拌過程中，因過大剪切力造成氣凝膠破裂，都會降低低熱傳導效果。因此…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。

作者：黃元昌、簡淑雲、徐雅怡 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」359期，更多資料請見下方附檔。

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