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沥青路面热反射涂料研究进展
2019年03月20日    阅读量:3548    新闻来源:沥青网 sinoasphalt.com  |  投稿

沥青路面热反射涂料研究现状


国内对沥青路面热反射材料研究很少,主要集中在高校和研究所。2006年,哈尔滨工业大学梁满杰、冯德成尝试将热反射材料应用于沥青路面中降低路面温度,根据沥青路面的热环境建立沥青路表面的热平衡方程,并对涂料的降温效果和抗滑性能进行评价。2009年,重庆交通大学唐伯明、曹雪娟等研制出沥青路面不饱和聚酯热反射材料,将这种材料涂布于沥青路面表层,通过涂料的高反射率减少路面吸收量,从而实现路面降温中国沥青网sinoasphalt.com。以不饱和聚酯为基材树脂,加入甲基丙酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)调节树脂的粘度以及柔韧性,采用TiO2SiO2和中空微珠为功能型填料,制备出反射率高、路用性能较好的不饱和聚酯热反射材料。并通过室外试验证明,太阳光照射下不饱和聚酯热反射涂料可降低路面温度89,但随着涂料使用寿命的严重,路面上灰尘等污染物的聚集覆盖降低涂料的降温效果。2010年,哈尔滨工业大学冯德成等采用硅丙乳液为成膜物质,添加中空微珠、二氧化钛、轻质碳酸钙、滑石粉、有机膨润土、无水乙醇、分散剂、成膜助剂和消泡剂制备沥青路面热反射材料,但现有的纯丙乳液、硅丙乳液虽然在乳液材料生产领域占有重要地位,但其耐化学腐蚀、耐沾污性尚满足不了材料对耐污性的要求。可见,沥青路面热反射材料用树脂基料的性能对其使用性能等起决定性作用。


沥青路面热反射涂料基本降温原理


太阳能量主要集中在可见光区和红外光区。室温下或温度更低的一般物体,也在不断地以红外光和波长更长的电磁波向外辐射能量。


2.55μm813.5μm2个窗口,大气对其红外辐射吸收能力较弱,透过率一般在80%以上。因此,为实现物体的持续降温,可将热反射涂层涂覆在物体表面,涂层可将将吸收的能量尽可能通过这两个窗口辐射到外部空间,达到在不消耗能量的情况下抑制物体表面温度上升的目的。


传热有3种方式:辐射、对流和传导。由于涂层是不透明的,能量难以通过辐射方式向内部传递;固化后涂层内部无液体介质,涂层气泡内会残存些许气体介质,可通过调制配方,优化施工工艺等手段完全消除或达到基本无气泡,不至于形成气体对流通路,而对流传热需要液体或气体介质,故对流传热也不能发生。因此,太阳辐射在涂层中的传递主要依靠传导进行,基本上没有辐射和对流的贡献。


沥青路面热反射涂料原材料


路用热反射材料用树脂基料


热反射涂料主要包括基料和功能性填料,其中基料在其中扮演着极其重要的角色,并推动着路面热反射材料铺装技术的发展。基料的作用是将涂料中其他物质粘结成以整体,附着在被涂基层表面,干燥固化形成均匀连续而坚韧的保护膜。合成树脂是太阳热反射材料的主要成膜物质。太阳热反射涂料因直接受到太阳光的暴晒,不仅要求树脂必须具有耐紫外线破坏等性能;同时,还要求用于太阳热反射涂料的树脂对可见光和近红外光的吸收越小越好,即树脂的透明度高(透光率应在80%以上),对太阳热的吸收率低,结构中尽量少含C—O—C—O=C——OH等吸能基团。如丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、含氟树脂、有机硅树脂等树脂不仅能够满足高透明度的要求,且这些树脂的折光指数范围一般都在1.451.50之间,能够满足热反射材料的应用要求。


尽管基料种类对热反射涂层降温效果影响较小,却是影响涂层材料硬度、柔韧性、耐磨性、耐水性、耐候性及其他物理化学性能的重要因素。如普通环氧树脂、芳香族聚氨酯因分子结构中含有苯环(光照下易黄化)耐候性较差,户外使用后涂层性能下降;涂层耐沾污性对涂层的热反射性能有很大影响,污染物的附着或渗透会增加涂层对太阳热的吸收。同时,随着节能环保型社会的到来,传统涂料特别是溶剂型涂料因施工中有50%以上的有机溶剂(VOCs)排放到大气中,造成二次污染,其VOC排放量备受关注。可见,节能高效、持久力长、环境友好是当今涂料发展的趋势,现有路用热反射树脂也备受涂料市场的考验。近年来,国内外常用丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂等树脂作为沥青路面热反射材料成膜基料。


路用热反射材料用颜填料


热反射涂料中的颜填料应选择折光指数高,具有高反射率的常用填料,从而可以为涂料提供特殊的功能。颜填料一般分2种,一种为着色颜料,常见的有二氧化钛(简写为TiO2),铬黄等,另一种为体质颜料(填料),如碳酸钙,滑石粉,二氧化硅(简写为SiO2)等。


(1)二氧化钛(TiO2)TiO2是一种白色粉末状无机颜料,为两性氧化物,化学性能稳定,耐热性、耐久性好,且它具有2.7以上的高折射率,遮盖力强,在涂料、化妆品行业应用广泛。TiO2因晶型不同可分为金红石型和锐钛矿型,金红石型较锐钛矿型结构更致密,耐候性更好。TiO2是世界上惰性最强的填料,具有非常好的稳定性。


(2)二氧化硅(SiO2)。二氧化硅是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料。由于它具备耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热性差、高绝缘、化学性质稳定、硬度大等优良的性能,被广泛用于电子、塑料、化工、涂料等行业。二氧化硅作为填料使用时,按生产工艺的不同可分为气相法、沉淀法和离解法。将不同种类或粒径的二氧化硅加入到涂料中,可以起到很好的增强、耐磨、增稠或消光的作用。


(3)中空微珠。中空玻璃微珠是一种微小的中空圆球,主要成分是SiO2Al2O3。它的密度低,仅为(0.1250.6)×103kg/m3,常温下其导热系数为0.10W/m.K左右,导热率极低,因此具有很好的隔热降温等优良性能。


(4)彩色颜料。路用热反射涂料直接暴露在大气中,因此选用耐候性好、稳定性高的无机颜料进行配色。常用无机颜料包括镉红、铁红、铬绿、铁绿、钴蓝、铁黄、炭黑、黑色素。


沥青路面热反射涂料发展趋势


自世纪初太阳热反射材料在沥青路面应用以来,路用热反射材料得到迅速发展。虽然现有沥青路面热反射材料具有较高反射率、力学强度等诸多优点,但仍存在一些缺陷。如溶剂型热反射涂料在制备时采用有机溶剂,使用过程中有机溶剂的挥发增加了VOC排放;树脂基料耐污性不足,污染物附着于涂层表面或渗透到涂层内部,增加了涂层对太阳热量的吸收,从而降低涂层降温性能和使用寿命。这些都限制了沥青路面热反射材料的推广运用。


随着路用性能和环境保护要求的提高,沥青路面太阳热反射涂料呈现出以下发展趋势:


(1)耐老化性、耐污性。常用聚酯树脂、环氧树脂等树脂基料均面临着老化性能差、脆性高等缺点,如何提高沥青路面热反射涂料的耐老化性、耐污性将成为研究重点和难点。


(2)高性能复合颜填料的开发。通过对高纯度颜料光学性能的理论研究和试验,对单一颜料的光学性能有更深刻的认识,然后通过改性等特殊工艺,开发各种高性能复合颜填料,使太阳热反射涂料光学效率更高、降温效果更好。


(3)环境友好性。我国提倡创造环境友好型社会,倡导可持续发展。因此,水性、高固含量、无溶剂型涂料也成为涂料发展的大势所趋。而水性、无溶剂型涂料面临着路用性能无法满足现有路面荷载量的问题,因此需研究如何提高水基类沥青路面热反射涂料的路用性能;为解决涂层受污染降温性能下降及部分易挥发溶剂挥发污染环境问题,除研制环境友好型涂料外,关键是开发新型耐污涂料用树脂基料,如低表面能树脂。


(4)沥青路面热反射涂料研究多处于室内试验阶段,缺少实际工程、实际性能的检验。近年来,为获得物理化学性能、路用性能均理想的沥青路面太阳热反射涂料,国外在强反射功能及无污染方面展开了大量研究。沥青路面热反射涂料将不断向功能化、超耐候性、路用性能优异、与环境友好化的方向发展。目前沥青路面热反射涂料已有应用于实际路面施工的案例,并能有效地降低路面温度,降低城市热岛效应的影响,市场前景广阔。


标签:技术中心彩色沥青
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