（1.青岛科技大学，山东青岛266042；2.青岛宣威涂层材料公司，山东青岛266300；3.中石化安工院，山东青岛266071）
摘要：应用光学原理、热传导机理，通过对涂层材料降温机理的研究，制备出从浅色到深色的高效热屏蔽降温防腐涂层材料。通过性能表征及实际涂装试验，证明此涂层材料除具有很好的防腐性能外，更具有很好的降温性能。
关键词：反射；隔热；降温；涂层材料
0引言
高效热屏蔽降温防腐涂层材料集真空绝热技术、红外反射技术、热力学技术以及散射技术、防腐技术于一体，使涂层材料在保持原有的装饰、保护、防腐等功能的基础上，具备降温功能，无疑可以提高被保护物体的热学性能，起到节能降耗的效果。
石油化工使用的常规保温材料的研究以提高孔隙率、提高热阻、降低传导传热性能为主。现在常规保温材料存在的问题是：在使用温度下纤维类保温材料的对流传热及辐射传热急剧升高，保温层较厚；硬质无机类保温材料又多属型材，因接缝多，施工不太方便；有的保温结构吸水率高，不抗振动，使用寿命短。在用保温结构均需设防水层及外护层，且因不同材料的伸缩率不同，导致外保护涂层裂纹、渗水，使设备管道腐蚀加重。
保温技术正在向高效、薄层、隔热防腐一体化方向发展，如何充分利用传热机理及光反射原理研制新型节能材料是重要发展方向。薄层隔热保温涂料不仅自身热阻大、热导率低，而且热反射率很高，能有效地降低辐射传热及对流传热，并很快推向市场，在军用设备、油罐、粮库、建筑外墙中已经开始应用。
国内降温涂料研究中存在的主要问题是：
（1）涂料降温机理研究不够；
（2）颜色单一，在已应用的降温涂料中，95％以上为白色,深色降温涂料降温效果不好。
我们针对以上两个问题通过涂层降温机理的研究,制备出从浅色到深色的高效热屏蔽降温防腐涂层材料。
1涂层材料降温机理
1.1太阳光热能分布
光学和气象红外学认为，太阳光辐射能量大部分（96%）集中在2.5μm以下波段内，其分布情况见表1。
表 1 太阳光能量分布
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1.2大气窗口
太阳光部分辐射到地表,部分通过大气层，由于大气层中的H2O、CO2、O3及固体悬浮颗粒对红外线产生强烈的散射和吸收作用，在两个窗口（λ=0.3～1.35μm和λ=8～13.5μm）之外吸收了太阳光的能量，而地表上的物体在发射红外线辐射时可透过窗口（特别λ=8～13.5μm）区域，将能量大部分透过并直接辐射到大气外层，这是光学和红外气象学的一个重要特征。
1.3热的传播形式及涂层结构
热的传播形式有辐射、对流及传导三类，太阳对地球的热传播是辐射，物体受辐射升温，再形成相互间的对流和传导。高效热屏蔽降温防腐涂层材料以反射热辐射为主要手段：在可见光及红外波段最大限度地反射掉太阳光的辐射能，即较高的反射率；在大气窗口，特别是λ=8～13.5μm波段范围，尽可能将可见光、红外光、紫外光等以红外辐射的方式通过大气窗口发射到大气层，使基体吸收到的辐射能降低到最低限度，即较高的发射率；经涂层的反射和发射作用后，再由即较低的导热系数的阻隔性隔热涂层对极少残留的辐射能进行有效的阻断。降温复合涂层结构见图1。
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2试验及性能指标
采用正交及优化实验法研制出了驼灰色、中绿色和墨绿色的高效热屏蔽降温涂料。
2.1试验用原材料
羟基丙烯酸树脂、脂肪族异氰酸酯、功能性阻热材料、反射率高的特种颜料、助剂、溶剂等。
2.2样板的制备
(1)用处理剂将功能性填料进行处理。
（2）选用树脂、颜填料及相应溶剂,按比例混合。
(3)用高速分散机进行分散。
(4)用砂磨机进行研磨分散。
(5)将涂料按以下结构喷涂于待测试板单面上,每道间隔时间8h。在最后一道干燥48h后进行性能测试。
防腐层：厚度约40～60μm;
隔热层：厚度约80～100μm;
反射层：厚度约40～60μm。
(6)样板规格:75mm×150mm×1mm的2024型铝板，相对比的两块试板要求材质、大小相同。
2.3性能测试
2.3.1常规性能测试
常规性能测试按国家标准进行。
2.3.2热性能测试
(1)导热系数测试
采用常温接触式导热系数测定仪,其性能见表2。
图 2 改进后的涂料反射率测定仪器的示意图
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试样要求:
测试材料种类：玻璃、陶瓷金属、硬质塑料等。
尺寸要求：直径≥50mm，厚度≥15mm或者体积≥15mm×50mm×50mm。
(2)热反射率测试
试验装置：参照1976年美国军标MIL-E-46136(A)提供的标准设计改进后的自制装置见图2。选择两个250W碘钨灯作加热装置,替代日光照射进行模拟试验,以达到升温稳定,并接近阳光下的实测效果。该加热器安装在一个支撑架上,并且能够上升或下降,在支撑架的下方铺设一块500mm×500mm×60mm的聚苯乙烯泡沫塑料,起绝热作用。为了保证样品受热辐射的一致性,被测试样板对称放置在加热器的测量台上,测量台采用聚苯乙烯泡沫塑料板绝热材料制成,并排放置两个样板,两个样板边缘相距50mm。每个样板下面安装一个温度传感器,并使铂电阻测温头与被测样板的背面(未涂漆的一面)保持良好接触。
图 2 改进后的涂料反射率测定仪器的示意图
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(3)现场实物降温测试
喷涂油罐车（颜色为驼灰、中绿、墨绿任意几何形状）1辆。
2.3性能指标
2.3.1底涂、中涂性能指标(见表3)
2.3.2面涂主要性能指标(见表4)
2.4复合涂层降温情况
测试当天的气象情况：27℃/15℃，微风，空气湿度：65％～80％。
表 3 底涂、中涂主要性能指标
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表 4 面涂主要性能指标
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2.4.1静态试验数据
将两台油罐车(试验车与对比车)9:40停放在阳光照射区域，间隔5m,互不影响。试验结果见表5。
表 5 静态试验数据
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2.4.2动态试验数据
15：20开始将两部车同时启动，15km/h的速度，相同的运行轨道，进行动态试验，先运行15min后开始测试，每5min记录一次两车车内温度。试验结果见表6。
表 6 动态试验结果
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2.4车内数据分析
两部车的静态测试结果温度差值在不同的时间分别为：7℃、9℃、10℃、10℃、9℃、9℃、9℃、9℃、8℃，试验车与对比车的温差在7～10℃。
两部车的动态测试结果温度差值在不同的时间分别为：8℃、8℃、8℃、7℃。
3结论
（1）所研制的高效热屏蔽降温涂料既具有通用防腐涂料的附着力强、耐候性好、寿命长、耐酸碱、耐湿热、耐盐雾、耐紫外光等特点，又具有耐高强辐射、高热反射、高热阻隔的特性，集防腐、隔热、降温与保温一体的新型特种功能性涂料。
（2）高效热屏蔽防腐涂层材料可广泛应用于石油、化工、输送管道、储粮仓库、建筑业、车辆及船舶制造业等行业。在要求安全生产、环保节能的今天,此涂层材料具有广阔的应用前景。
