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瀝青路麵承建瀝青路麵熱反射塗料研究進展

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瀝青路麵承建瀝青路麵熱反射塗料研究進展

發布日期:2018-05-26 13:51 來源:http://www.cn-kdkj.com 點擊:

瀝青路麵承建瀝青路麵熱反射塗料研究進展


瀝青路麵熱反射塗料研究現狀

 

瀝青路麵承建國內對瀝青路麵熱反射材料研究很少,主要集中在高校和研究所。2006年,哈爾濱工業大學梁滿傑、馮德成嚐試將熱反射材料應用於瀝青路麵中降低路麵溫度,根據瀝青路麵的熱環境建立瀝青路表麵的熱平衡方程,並對塗料的降溫效果和抗滑性能進行評價。2009年,重慶交通大學唐伯明、曹雪娟等研製出瀝青路麵不飽和聚酯熱反射材料,將這種材料塗布於瀝青路麵表層,通過塗料的高反射率減少路麵吸收量,從而實現路麵降溫。以不飽和聚酯為基材樹脂,加入甲基丙酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)調節樹脂的粘度以及柔韌性,采用TiO2、SiO2和中空微珠為功能型填料,製備出反射率高、路用性能較好的不飽和聚酯熱反射材料。並通過室外試驗證明,太陽光照射下不飽和聚酯熱反射塗料可降低路麵溫度8~9℃,但隨著塗料使用壽命的嚴重,路麵上灰塵等汙染物的聚集覆蓋降低塗料的降溫效果。2010年,哈爾濱工業大學馮德成等采用矽丙乳液為成膜物質,添加中空微珠、二氧化鈦、輕質碳酸鈣、滑石粉、有機膨潤土、無水乙醇、分散劑、成膜助劑和消泡劑製備瀝青路麵熱反射材料,但現有的純丙乳液、矽丙乳液雖然在乳液材料生產領域占有重要地位,但其耐化學腐蝕、耐沾汙性尚滿足不了材料對耐汙性的要求。可見,瀝青路麵熱反射材料用樹脂基料的性能對其使用性能等起決定性作用。

 

瀝青路麵承建瀝青路麵熱反射塗料基本降溫原理

 

太陽能量主要集中在可見光區和紅外光區。室溫下或溫度更低的一般物體,也在不斷地以紅外光和波長更長的電磁波向外輻射能量。

 

在2.5~5μm和8~13.5μm這2個窗口,大氣對其紅外輻射吸收能力較弱,透過率一般在80%以上。因此,為實現物體的持續降溫,可將熱反射塗層塗覆在物體表麵,塗層可將將吸收的能量盡可能通過這兩個窗口輻射到外部空間,達到在不消耗能量的情況下抑製物體表麵溫度上升的目的。

 

傳熱有3種方式:輻射、對流和傳導。由於塗層是不透明的,能量難以通過輻射方式向內部傳遞;固化後塗層內部無液體介質,塗層氣泡內會殘存些許氣體介質,可通過調製配方,優化施工工藝等手段完全消除或達到基本無氣泡,不至於形成氣體對流通路,而對流傳熱需要液體或氣體介質,故對流傳熱也不能發生。因此,太陽輻射在塗層中的傳遞主要依靠傳導進行,基本上沒有輻射和對流的貢獻。

 

瀝青路麵熱反射塗料原材料

 

路用熱反射材料用樹脂基料

 

熱反射塗料主要包括基料和功能性填料,其中基料在其中扮演著極其重要的角色,並推動著路麵熱反射材料鋪裝技術的發展。基料的作用是將塗料中其他物質粘結成以整體,附著在被塗基層表麵,幹燥固化形成均勻連續而堅韌的保護膜。合成樹脂是太陽熱反射材料的主要成膜物質。太陽熱反射塗料因直接受到太陽光的暴曬,不僅要求樹脂必須具有耐紫外線破壞等性能;同時,還要求用於太陽熱反射塗料的樹脂對可見光和近紅外光的吸收越小越好,即樹脂的透明度高(透光率應在80%以上),對太陽熱的吸收率低,結構中盡量少含C—O—C—、O=C—、—OH等吸能基團。如丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、含氟樹脂、有機矽樹脂等樹脂不僅能夠滿足高透明度的要求,且這些樹脂的折光指數範圍一般都在1.45~1.50之間,能夠滿足熱反射材料的應用要求。

 

盡管基料種類對熱反射塗層降溫效果影響較小,卻是影響塗層材料硬度、柔韌性、耐磨性、耐水性、耐候性及其他物理化學性能的重要因素。如普通環氧樹脂、芳香族聚氨酯因分子結構中含有苯環(光照下易黃化)耐候性較差,戶外使用後塗層性能下降;塗層耐沾汙性對塗層的熱反射性能有很大影響,汙染物的附著或滲透會增加塗層對太陽熱的吸收。同時,隨著節能環保型社會的到來,傳統塗料特別是溶劑型塗料因施工中有50%以上的有機溶劑(VOCs)排放到大氣中,造成二次汙染,其VOC排放量備受關注。可見,節能高效、持久力長、環境友好是當今塗料發展的趨勢,現有路用熱反射樹脂也備受塗料市場的考驗。近年來,國內外常用丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、環氧樹脂等樹脂作為瀝青路麵熱反射材料成膜基料。

 

路用熱反射材料用顏填料

 

熱反射塗料中的顏填料應選擇折光指數高,具有高反射率的常用填料,從而可以為塗料提供特殊的功能。顏填料一般分2種,一種為著色顏料,常見的有二氧化鈦(簡寫為TiO2),鉻黃等,另一種為體質顏料(填料),如碳酸鈣,滑石粉,二氧化矽(簡寫為SiO2)等。

 

(1)二氧化鈦(TiO2)。TiO2是一種白色粉末狀無機顏料,為兩性氧化物,化學性能穩定,耐熱性、耐久性好,且它具有2.7以上的高折射率,遮蓋力強,在塗料、化妝品行業應用廣泛。TiO2因晶型不同可分為金紅石型和銳鈦礦型,金紅石型較銳鈦礦型結構更致密,耐候性更好。TiO2是世界上惰性最強的填料,具有非常好的穩定性。

 

(2)二氧化矽(SiO2)。二氧化矽是一種無毒、無味、無汙染的無機非金屬材料。由於它具備耐溫性好、耐酸堿腐蝕、導熱性差、高絕緣、化學性質穩定、硬度大等優良的性能,被廣泛用於電子、塑料、化工、塗料等行業。二氧化矽作為填料使用時,按生產工藝的不同可分為氣相法、沉澱法和離解法。將不同種類或粒徑的二氧化矽加入到塗料中,可以起到很好的增強、耐磨、增稠或消光的作用。

 

(3)中空微珠。中空玻璃微珠是一種微小的中空圓球,主要成分是SiO2和Al2O3。它的密度低,僅為(0.125~0.6)×103kg/m3,常溫下其導熱係數為0.10W/m.K左右,導熱率極低,因此具有很好的隔熱降溫等優良性能。

 

(4)彩色顏料。路用熱反射塗料直接暴露在大氣中,因此選用耐候性好、穩定性高的無機顏料進行配色。常用無機顏料包括鎘紅、鐵紅、鉻綠、鐵綠、鈷藍、鐵黃、炭黑、黑色素。

 

瀝青路麵熱反射塗料發展趨勢

 

自世紀初太陽熱反射材料在瀝青路麵應用以來,路用熱反射材料得到迅速發展。雖然現有瀝青路麵熱反射材料具有較高反射率、力學強度等諸多優點,但仍存在一些缺陷。如溶劑型熱反射塗料在製備時采用有機溶劑,使用過程中有機溶劑的揮發增加了VOC排放;樹脂基料耐汙性不足,汙染物附著於塗層表麵或滲透到塗層內部,增加了塗層對太陽熱量的吸收,從而降低塗層降溫性能和使用壽命。這些都限製了瀝青路麵熱反射材料的推廣運用。

 

隨著路用性能和環境保護要求的提高,瀝青路麵太陽熱反射塗料呈現出以下發展趨勢:

 

(1)耐老化性、耐汙性。常用聚酯樹脂、環氧樹脂等樹脂基料均麵臨著老化性能差、脆性高等缺點,如何提高瀝青路麵熱反射塗料的耐老化性、耐汙性將成為研究重點和難點。

 

(2)高性能複合顏填料的開發。通過對高純度顏料光學性能的理論研究和試驗,對單一顏料的光學性能有更深刻的認識,然後通過改性等特殊工藝,開發各種高性能複合顏填料,使太陽熱反射塗料光學效率更高、降溫效果更好。

 

(3)環境友好性。我國提倡創造環境友好型社會,倡導可持續發展。因此,水性、高固含量、無溶劑型塗料也成為塗料發展的大勢所趨。而水性、無溶劑型塗料麵臨著路用性能無法滿足現有路麵荷載量的問題,因此需研究如何提高水基類瀝青路麵熱反射塗料的路用性能;為解決塗層受汙染降溫性能下降及部分易揮發溶劑揮發汙染環境問題,除研製環境友好型塗料外,關鍵是開發新型耐汙塗料用樹脂基料,如低表麵能樹脂。

 

(4)瀝青路麵熱反射塗料研究多處於室內試驗階段,缺少實際工程、實際性能的檢驗。近年來,為獲得物理化學性能、路用性能均理想的瀝青路麵太陽熱反射塗料,國外在強反射功能及無汙染方麵展開了大量研究。瀝青路麵熱反射塗料將不斷向功能化、超耐候性、路用性能優異、與環境友好化的方向發展。瀝青路麵承建目前瀝青路麵熱反射塗料已有應用於實際路麵施工的案例,並能有效地降低路麵溫度,降低城市熱島效應的影響,市場前景廣闊。


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