CN115508931A - 一种热致变色回归反射复合材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热致变色回归反射复合材料及其应用,涉及反射材料技术领域。本发明提供的热致变色回归反射复合材料应用于建筑外墙时,入射的阳光通过棱镜椎体边界上的两次折射和热致变色层上的多次反射来反射;或,入射的太阳光通过玻璃珠边界的两次折射和利用热致变色层的一次反射,沿着入射方向被反射出去,实现夏季回归反射更多的太阳辐射,从而起到改善建筑热环境、缓解城市热岛效应的作用,冬季吸收更多的太阳辐射从而起到节约采暖能耗的作用,尤其是能够满足夏热冬冷地区不同季节的建筑热环境需求,极大的降低了建筑能耗。
Description
技术领域
本发明涉及反射材料技术领域,具体涉及一种热致变色回归反射复合材料及其应用。
背景技术
在全球气候异常和城市化快速发展的背景下,以热岛效应为典型代表的城市热环境问题越发明显,而高层高密度建筑群区域热环境问题尤为突出,局部过热、通风不畅等问题严重。而在恶化的区域热环境下,对人工能源依赖性增强,夏季空调能耗显著增强;而高空调能耗会增加建筑群的热负荷,再一次恶化建筑群区域热环境,进而形成的恶性循环,故而研究高层高密度建筑群区域热环境恶化带来的城市热岛问题和能耗问题十分重要。
提高建筑表面太阳辐射反射率是降低建筑太阳辐射的热量的有效途径,然而,传统的高反射材料是通过漫反射或扩散镜面反射,被反射太阳辐射会被附近建筑或街道所接收,故而高反射材料对单栋建筑节能效果较为显著,而对整个建筑群区域热环境改善潜力较低,甚至进一步恶化区域热环境。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种热致变色回归反射复合材料及其应用,本发明提供的复合材料具有改善建筑热环境、缓解城市热岛效应和节约采暖能耗的作用。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种热致变色回归反射复合材料,包括粘合层和位于所述粘合层表面的热致变色回归反射层;所述热致变色回归反射层包括与所述粘合层接触的热致变色层和部分镶嵌在所述热致变色层中的反射体;所述反射体包括棱镜锥体或玻璃珠;所述棱镜椎体的上表面与所述粘合层平行。
优选地,所述热致变色层由热致变色涂料形成,所述热致变色涂料为感温变色油墨1011。
优选地,所述热致变色层的厚度为0.1~0.8mm。
优选地,当所述反射体为棱镜锥体时,所述部分镶嵌为所述反射体中除上表面外的其他部位镶嵌在所述热致变色层中;
当所述反射体为玻璃珠时,所述部分镶嵌为反射体的高度的40~60%镶嵌在所述热致变色层中。
优选地,所述反射体包括具有透明树脂包覆层的反射体。
优选地,所述透明树脂包覆层的厚度为0.1~0.3mm。
优选地,所述棱镜锥体的立体接受角为45~55°,椎体高度为0.4~0.6mm。
优选地,所述玻璃珠的粒径为0.1~0.6mm。
优选地,所述热致变色回归反射复合材料还包括位于所述热致变色回归反射层表面的透明树脂层。
本发明提供了上述技术方案所述的热致变色回归反射复合材料在建筑行业中的应用。
本发明提供的热致变色回归反射复合材料应用于建筑外墙时,入射的阳光通过棱镜椎体边界上的两次折射和热致变色层上的两次反射来反射;或,入射的太阳光通过玻璃珠边界的两次折射和利用热致变色层的一次反射,沿着入射方向被反射出去,实现夏季回归反射更多的太阳辐射,从而起到改善建筑热环境、缓解城市热岛效应的作用,冬季吸收更多的太阳辐射从而起到节约采暖能耗的作用,尤其是能够满足夏热冬冷地区不同季节的建筑热环境需求,极大的降低了建筑能耗。
附图说明
图1为热致变色棱镜型回归反射复合材料的剖视图;
图2为热致变色玻璃珠型回归反射复合材料的剖视图;
图3为热致变色胶囊珠型回归反射复合材料的剖视图。
具体实施方式
本发明提供了一种热致变色回归反射复合材料,包括粘合层和位于所述粘合层表面的热致变色回归反射层;所述热致变色回归反射层包括与所述粘合层接触的热致变色层和部分镶嵌在所述热致变色层中的反射体;所述反射体包括棱镜锥体或玻璃珠;所述棱镜椎体的上表面与所述粘合层平行。
在本发明中,若无特殊说明,所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中,所述粘合剂优选包括以下质量百分含量的制备原料:多元醇30~40%,异氰酸酯交联剂15~20%和乙酸乙酯40~55%,更优选为多元醇35~38%,异氰酸酯交联剂16~18%和乙酸乙酯44~49%,进一步优选为多元醇37.2%,异氰酸酯交联剂17.3%和乙酸乙酯45.5%;所述多元醇优选为聚酯多元醇,更优选为VITAL 3650(Bostik,Inc.);所述异氰酸酯交联剂优选为DESMODUR L75(Bayer)。在本发明中,所述粘合层的厚度优选为0.1~0.2mm。在本发明中,粘合层具有维持复合材料形态,粘合热致变色层的作用。
在本发明中,所述热致变色层的厚度优选为0.1~0.8mm,更优选为0.1~0.7mm,具体优选为0.1~0.5mm;所述热致变色层由热致变色涂料形成,所述热致变色涂料优选为感温变色油墨1011,化学组成如表1所示。本发明采用的热致变色涂料的颜色随温度的变化而变化,并具有不同的太阳辐射吸收特性,热致变色层在温度>35℃时呈现出辐射反射率为20%的黑色调,温度≤25℃时呈现出辐射反射率为80%的白色调,且热致变色层的辐射反射率在25℃和35℃之间呈线性变化,应用在建筑***护结构,在夏季吸收率低,冬季吸收率高,从而可以抑制建筑物在夏季的热量增加,同时促进冬季的热量增加,使复合材料满足不同季节建筑热环境需求。
表1感温变色油墨1011的化学组成
在本发明中,所述棱镜锥体的立体接受角优选为45~55°,更优选为50°;所述,棱镜锥体的椎体高度优选为0.4~0.6mm,更优选为0.5mm,所述棱镜锥体优选为三棱锥体或四棱锥。在本发明中,所述玻璃珠的粒径优选为0.1~0.6mm,更优选为0.1~0.3mm或0.4~0.6mm;所述玻璃珠的折射率优选为1.9。在本发明中,所述反射体优选包括单独的反射体或具有透明树脂包覆层的反射体,所述透明树脂包覆层的厚度优选为0.1~0.3mm,更优选为0.1~0.2mm。
在本发明中,当所述反射体为棱镜锥体时,所述部分镶嵌优选为所述反射体中除上表面(即与粘合层平行的上表面)外的其他部位镶嵌在所述热致变色层中;当所述反射体为玻璃珠时,所述部分镶嵌优选为反射体的高度的40~60%(更优选为50%)镶嵌在所述热致变色层中。
在本发明中,所述热致变色回归反射复合材料优选还包括位于所述热致变色回归反射层表面的透明树脂层,所述透明树脂层的厚度优选为0.1~0.3mm;当所述反射体为玻璃珠时,所述透明树脂层与玻璃珠之间的空隙为空气或透明树脂。
在本发明中,所述透明树脂包覆层、透明树脂层和空隙中透明树脂独立地优选包括聚氨酯树脂。
本发明提供了上述技术方案所述的热致变色回归反射复合材料在建筑行业中的应用;所述应用优选为在建筑外墙围护结构中的应用,应用时,所述热致变色回归反射复合材料的粘合层与所述建筑外墙接触。
下面将结合本发明中的实施例,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的以下实施例中,粘合层的制备原料:37.2wt%VITAL 3650、17.3wt%DESMODUR L75和45.6wt%乙酸乙酯;热致变色层由表1所示的感温变色油墨1011进行涂膜后干燥得到。
实施例1
热致变色棱镜型回归反射复合材料,其剖面结构示意图如图1所示,包括粘合层(厚度0.1mm),位于粘合层表面的热致变色层(厚度0.5mm),除与粘合层平行的上表面外其他部位都镶嵌在热致变色层中的三棱柱(立体接受角50°,椎体高度0.5mm)。
实施例2
热致变色玻璃珠型回归反射复合材料,其剖面结构示意图如图2所示,包括粘合层(厚度0.1mm),位于粘合层表面的热致变色层(厚度0.2mm),50%镶嵌在热致变色层中的玻璃珠(折射率1.9,粒径0.2mm),位于玻璃珠表面的透明树脂层(厚度0.1mm,树脂种类为聚氨酯树脂),透明树脂层与玻璃珠的空隙为空气。
实施例3
热致变色胶囊珠型回归反射复合材料,其剖面结构示意图如图3所示,包括粘合层(厚度0.1mm),位于粘合层表面的热致变色层(厚度0.2mm),50%镶嵌在热致变色层中的玻璃珠(折射率1.9,粒径0.3mm),玻璃珠表面具有透明树脂包覆层(厚度0.5mm),位于玻璃珠表面的透明树脂层(厚度0.1mm,树脂种类为聚氨酯树脂),透明树脂层与玻璃珠的空隙为透明树脂。
本发明提供的复合材料应用于建筑***护结构,入射阳光通过棱镜边界上的两次折射和热致变色层上的两次反射来反射(实施例1);或,入射阳光经过玻璃珠边界的两次折射,玻璃珠和透明树脂界面的两次折射,以及热致变色层的一次反射,沿入射方向被反射出去(实施例2~3),实现夏季回归反射更多的太阳辐射,从而起到改善建筑热环境,缓解城市热岛效应的作用,冬季吸收更多的太阳辐射从而起到节约采暖能耗的作用。
对比例1
辐射反射率为90%的涂料(AllgllAG-纳米隔热涂料)。
对比例2
辐射反射率为48%的普通红色屋面瓦片(参见:肖兴良.屋面材料反射性能的测试[J].价值工程,2013,32(25):87-88.DOI:10.14018/j.cnki.cn13-1085/n.2013.25.072.)
对比例3
辐射反射率为12%的“冷”黑色油毡瓦(参见:摘自肖石.非白色“冷”屋面产品的研究[J].中国建筑防水,2005(09):38-40.)
测试例1
将本发明实施例1~3的复合材料和对比例1~3的涂料分别应用于典型夏热冬冷地区的南京的建筑表面进行建筑外表面进行12个月每个月典型日(每月15日,当遇到明显不符合该月气候状况的情况则顺延)的外表面瞬变温度测试,每两分钟记录一次温度数据,按自然月计算表面最高温度(每天测试的最高温度)和表面平均温度(典型日测试的温度的平均值)为每月的平均温度,测试结果如表2所示:
表2建筑表面的平均温度
由表1可知,与对比例1相比,在平均温度最高的7月中,本发明实施例1提供的复合材料相与对比例1相比,最高表面温度高了1.46℃,但平均表面温度降低了0.6℃;与对比例2相比,最高表面温度和平均表面温度分别降低了16.26℃和6.52℃;与对比例3相比,最高表面温度和平均表面温度分别降低了34.45℃和12.44℃。
在平均温度最低的1月,本发明实施例1提供的复合材料与对比例1相比,最高表面温度和平均表面温度分别升高了9.86℃和2.62℃;与对比例2相比,最高表面温度降低了和平均表面温度分别升高了0.57℃和0.13℃;与对比例3相比,最高表面温度和平均表面温度仅分别降低了9.69℃和2.36℃。与对比例1~3相比,本发明实施例1提供的复合材料使得南京市年制热负荷和冷负荷分别降低4.45%、18.67%和47.46%。
综合全年来看,本发明提供的复合材料应用于建筑表面,在夏季回归反射太阳辐射的同时,在冬季吸收更多太阳辐射,特别是在夏热冬冷地区,满足不同季节建筑热环境需求,极大的降低了建筑能耗,综合性能优异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种热致变色回归反射复合材料,其特征在于,包括粘合层和位于所述粘合层表面的热致变色回归反射层;所述热致变色回归反射层包括与所述粘合层接触的热致变色层和部分镶嵌在所述热致变色层中的反射体;所述反射体包括棱镜锥体或玻璃珠;所述棱镜椎体的上表面与所述粘合层平行。
2.根据权利要求1所述的热致变色回归反射复合材料,其特征在于,所述热致变色层由热致变色涂料形成,所述热致变色涂料为感温变色油墨1011。
3.根据权利要求1或2所述的热致变色回归反射复合材料,其特征在于,所述热致变色层的厚度为0.1~0.8mm。
4.根据权利要求1所述的热致变色回归反射复合材料,其特征在于,当所述反射体为棱镜锥体时,所述部分镶嵌为所述反射体中除上表面外的其他部位镶嵌在所述热致变色层中;
当所述反射体为玻璃珠时,所述部分镶嵌为反射体的高度的40~60%镶嵌在所述热致变色层中。
5.根据权利要求1或4所述的热致变色回归反射复合材料,其特征在于,所述反射体包括具有透明树脂包覆层的反射体。
6.根据权利要求5所述的热致变色回归反射复合材料,其特征在于,所述透明树脂包覆层的厚度为0.1~0.3mm。
7.根据权利要求1或4所述的热致变色回归反射复合材料,其特征在于,所述棱镜锥体的立体接受角为45~55°,椎体高度为0.4~0.6mm。
8.根据权利要求1或4所述的热致变色回归反射复合材料,其特征在于,所述玻璃珠的粒径为0.1~0.6mm。
9.根据权利要求1、2、4或6所述的热致变色回归反射复合材料,其特征在于,所述热致变色回归反射复合材料还包括位于所述热致变色回归反射层表面的透明树脂层。
10.权利要求1~9任一项所述的热致变色回归反射复合材料在建筑行业中的应用。
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