为了提高建筑玻璃的隔热保温性能, 专业人员研究出多种新型玻璃材料, 如金属镀膜隔热玻璃、真空玻璃、贴膜玻璃、Low-E玻璃等节能玻璃, 但这些玻璃往往存在透光率低、隔热效果不佳、工艺条件控制复杂、价格昂贵等一种或多种原因, 限制了其发展和应用。近年来, 随着纳米材料和制备技术的发展, 某些金属氧化物因具有特殊的光学和热学性能逐渐受到人们的关注, 并在建筑玻璃隔热方面获得了发展和运用, 例如氧化铟锡(ITO) 、氧化锡锑 (ATO) 、氟掺杂氧化锡(FTO) 、铝掺杂氧化锌 (AZO) 等在可见光区有较高的透过率, 而在红外光区却有较高的吸收率和反射率, 将这些纳米材料与树脂复配成透明隔热保温涂料并用于玻璃镀膜和喷涂, 可使玻璃在维持较高可见光透过率的同时提高对红外波段的隔热效果, 从而使建筑玻璃具有较理想的透明和隔热效果, 对于降低建筑空调能耗和实现节能减排具有重要的意义。本文谈谈国内外透明隔热涂料研究进展。

      透明隔热涂料的隔热原理。太阳辐射的能量主要集中在波长为0.2～2.5 μm的范围内, 其中紫外区 (波长0.2～0.4 μm) 占总能量的5%, 可见光区 (波长0.34～0.72 μm) 占总能量的45%, 近红外 (波长0.72～2.5 μm) 占总能量的50%。可见, 太阳光谱中的能量绝大部分分布在可见光和近红外区, 其中近红外区占太阳辐射总能量的一半, 若能选择性有效阻隔近红外能量而维持一定的可见光透过率, 即可实现透光隔热 ，即不影响采光而达到红外区隔热 。

       纳米ITO、ATO等纳米微粒对太阳光谱具有理想的选择性, 在可见光区透过率高, 而对红外光却具有很好的屏蔽性, 而TiO2、Fe2O3、Al2O3等纳米颗粒具有很强的紫外波段吸收能力, 若将这些具有特殊功能的纳米微粒分散后加入到树脂溶液中, 可获得纳米透明隔热涂料, 可用于玻璃或树脂等表面形成透明隔热膜。

        目前, 透明隔热纳米涂料的研究主要集中在美国、日本、韩国和欧洲等国, 美国Nanophase公司率先将半导体纳米材料 (ITO、ATO、ZnO、A12O3、TiO2等) 制成分散稳定的水性或溶剂型浆料, 然后再将其作为涂料应用到玻璃镀膜中, 获得隔热、耐磨、紫外屏蔽和隔绝红外线等复合功能。国外对透明隔热涂料在建筑玻璃上的使用普及率极高, 美国对建筑玻璃的透明隔热涂层普及率超过90%, 澳大利亚、新西兰等国使用率也都在75%以上, 而在亚洲地区除中国香港和台湾地区及日本、韩国外, 其它国家对建筑玻璃的透明隔热涂层使用率平均不到20%, 而我国大陆建筑玻璃的透明隔热涂料使用率目前尚不足10%。国内对新型透明隔热涂料及节能玻璃的需求巨大, 透明隔热涂料的发展和应用具有广泛的市场潜力。

      透明隔热涂料的应用现状分析与前景。透明隔热涂料因具有很高的红外波段隔热效果及良好的可见光波段透过率, 用于建筑玻璃等的透明隔热成为节能降耗的有效途径, 但目前透明隔热涂料在分散、抗老化、施工等方面尚存在一些问题, 影响了透明隔热涂料的隔热性能和节能应用, 主要表现为:

      1、纳米粉体分散及稳定性有待改善。ATO、ITO等纳米粉体是透明隔热涂料中的主要功能成分, 但由于ATO、ITO等的纳米尺度使其具有很高的表面活性和吸附性, 颗粒间极易发生团聚而导致涂料透明隔热性能减弱。隔热涂料中的分散剂的种类和用量也随着加入不同纳米功能颗粒与树脂种类的变化而变化。现阶段解决透明隔热涂料中纳米颗粒分散和稳定性差的主要途径有两种, 一是使用各种机械分散方法, 制得分散性稳定的纳米复合材料, 二是对纳米颗粒进行表面改性, 降低其表面自由能并减小颗粒间范德华引力。

       2、透明隔热涂层的耐老化、耐水、耐候性等有待改善。透明隔热涂料用于建筑玻璃的涂层时, 需要承受太阳辐射并发挥其透明和隔热功能, 而长期暴露在太阳辐射下, 透明隔热涂层中的树脂易老化，紫外线吸收剂常常用于涂层配方中，以提升树脂的耐紫外线老化性能；而且若透明隔热涂料用于建筑玻璃外侧, 往往会因雨水而发生雾化甚至起泡脱层等现象, 因此需要对透明隔热涂料的耐老化、耐水等性能加以改善, 以延长透明隔热涂料的使用寿命, 提高其节能性能。

       3、透明隔热涂覆易起泡、成斑, 均匀性有待提高。透明隔热涂料中溶剂量较大、固含量较低, 造成其粘度低、干燥慢, 而且由于透明隔热涂料的疏水性要求, 使得透明隔热涂料在涂覆过程中流平性差、极易起泡和成斑, 采用刷涂、喷涂或者滚涂等工艺很难保证涂层良好、厚度均匀 , 而且在清洁度不高的涂覆环境, 会在透明隔热涂层中黏附灰尘而形成明显有碍视觉的“瘤点”, 因此需要适当提高涂料固含量、加快涂料干燥时间, 并解决涂料疏水和流平性等问题, 以获得均匀和高性能的透明隔热涂层。

       与金属镀膜隔热玻璃等相比, 透明隔热涂料对可见光和红外波段等太阳辐射具有较好的选择透过性, 即对可见光具有较好的透过率, 而对红外波段具有良好的光屏蔽性, 不会产生光污染, 可用于建筑玻璃及汽车等玻璃的透明隔热涂层, 也可涂覆于透明树脂制成透明隔热板材, 具有非常广泛的隔热和节能应用前景。而VO2等具有温致相变功能材料的发展和应用, 使透明隔热涂料具有智能、可控等新型功能, 可根据气候区域和建筑要求选择合适的相变温度, 提高建筑节能效率, 因此智能化透明隔热涂料将作为极具发展前景的节能材料和技术, 在建筑节能等领域获得重要的应用, 成为降低建筑能耗、实现建筑节能的重要手段。