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碳酸鈣填料行業(yè)前沿信息：一種可以降溫的白色涂料
來源：中國科學(xué)院科技產(chǎn)業(yè)網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間：2021-03-16 點(diǎn)擊量：-
碳酸鈣填料應(yīng)用在涂料行業(yè)效果很不錯(cuò)，近期科學(xué)家又發(fā)明了一種用在建筑外墻的涂料，顏色是白色的，即使在陽光直射下，也能冷卻表面，降低周圍環(huán)境溫度。
新型碳酸鈣填料涂料
近期，刊登于《細(xì)胞—物理科學(xué)報(bào)告》的一項(xiàng)新研究成果，展示了一種可用于商業(yè)涂料的輻射冷卻技術(shù)，這種技術(shù)的制造成本較低，主要是添加了一種碳酸鈣的填料，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)地將到達(dá)表面95.5%的陽光反射回外部空間。與此相比，目前市場上的商用“拒熱涂料”只能反射80%~90%的太陽輻射，不能達(dá)到降低環(huán)境溫度的效果。
市場分析：緊缺一種涂料可以替代空調(diào)，解決熱量轉(zhuǎn)換
在溫度比較高的時(shí)間和地區(qū)，一大部分建筑通過空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部熱量的轉(zhuǎn)換達(dá)到降溫的目的，這種方式需要消耗比較多的能源，同時(shí)釋放出多余的熱量，進(jìn)而加劇了城市環(huán)境的溫度升高，從而影響了地球氣候。所以自20世紀(jì)70年代以來，科學(xué)家一直在開發(fā)輻射冷卻涂料來改善這種情況，但之前的涂料不能滿足反射足夠的陽光、也不能替代傳統(tǒng)空調(diào)、可商業(yè)化的替代品這三個(gè)條件，一直沒有大的改善。
可降溫涂料的意義
這項(xiàng)研究的作者之一、美國印第安納州普渡大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授阮秀林說：“開發(fā)一種低環(huán)境輻射冷卻方案是一項(xiàng)持久任務(wù)，這種方案能夠提供一種方便的單層顆粒基體涂料形式，且可靠性高，這對輻射冷卻技術(shù)的廣泛應(yīng)用和緩解全球變暖效應(yīng)至關(guān)重要?！?/span>
降溫涂料如何實(shí)現(xiàn)商業(yè)化
為了開發(fā)商業(yè)應(yīng)用輻射冷卻涂料，研究人員使用了碳酸鈣填料，使得成本預(yù)計(jì)可與商業(yè)白色涂料相當(dāng)甚至更低。能實(shí)現(xiàn)這種情況主要原因是：碳酸鈣有大量帶隙，因此有助于減少涂料吸收的紫外線量。研究人員還利用了60%的高粒子濃度促進(jìn)陽光散射，并且用寬粒子尺寸分布而不是單粒子尺寸來實(shí)現(xiàn)高效的寬帶散射。
冷卻實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加驗(yàn)證了白色涂料的降溫作用
為了證明這些改變是否更好地增強(qiáng)了涂料的輻射冷卻能力，研究人員在西拉法葉進(jìn)行了為期兩天的冷卻測試。在夜間，涂料樣品比環(huán)境溫度低10℃，在太陽處于最高點(diǎn)時(shí)比環(huán)境溫度低至少1.7℃（在陽光直射下，冷卻功率超過37W/㎡）。該團(tuán)隊(duì)接著進(jìn)行了第二次測試，其中一部分圖案用新型涂料繪制，而另一部分則用同樣厚度的商用白色涂料繪制。紅外攝像機(jī)顯示，這種碳酸鈣基丙烯酸涂料在陽光直射下的溫度比商業(yè)上的同類產(chǎn)品更低。
冷卻涂料的現(xiàn)場測試圖
（A）在超過1天的時(shí)間內(nèi)對CaCO 3-丙烯酸涂料進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量。
（B）將涂有CaCO 3-丙烯酸涂料的“ P”圖案和其余使用市售白色涂料的“ P”圖案置于直射陽光下。普通相機(jī)幾乎看不到該圖案，但是由于CaCO 3-丙烯酸涂料的溫度較低，該圖案對于紅外（IR）相機(jī)變得更具特色。
（C）使用反饋加熱器直接測量CaCO 3-丙烯酸涂料的冷卻能力。
該研究證明了CaCO 3-丙烯酸涂料具有高的顆粒濃度和寬的尺寸分布，能夠?qū)崿F(xiàn)全天的低于環(huán)境溫度的全天候冷卻，并具有0.49的高標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)因數(shù)。固有的大帶隙，合適的粒徑，寬的粒徑分布和高的粒徑濃度對于強(qiáng)烈反射陽光至關(guān)重要。丙烯酸酯基體的振動(dòng)共振峰在天窗中提供了強(qiáng)烈的發(fā)射，輻射冷卻涂料顯示出的冷卻性能是所報(bào)告的最先進(jìn)方法中最好的，同時(shí)具有空前的綜合優(yōu)勢，包括便捷的涂料形式，低成本以及與商業(yè)涂料制造工藝的兼容性。未來的研究可能旨在通過探索材料和結(jié)構(gòu)，以更薄的薄膜實(shí)現(xiàn)更高的性能。
CaCO 3-丙烯酸涂料圖
（A）獨(dú)立式輻射散熱涂料樣品以及商用白色涂料。
（B）CaCO 3-丙烯酸涂料的SEM圖像。從SEM圖像測量粒度分布。
CaCO 3-丙烯酸涂料的應(yīng)用和未來發(fā)展空間
研究人員預(yù)計(jì)，該技術(shù)可能惠及廣泛行業(yè)，包括住宅和商業(yè)建筑、數(shù)據(jù)中心、倉庫、食品存儲(chǔ)、汽車、戶外電氣設(shè)備、軍事基礎(chǔ)設(shè)施和多功能車輛等。這種涂料可以直接涂在建筑物上，以降低冷卻成本。
據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)了解，全球能量銷量截止到2050年將增長90%。在這樣嚴(yán)峻的環(huán)境下，可降溫涂料的出現(xiàn)會(huì)迅速得到應(yīng)用，從材料實(shí)際應(yīng)用的角度考慮，可以替代熱帶地區(qū)用來降溫的白油漆。
相關(guān)論文信息：http://dx.doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100221
