TWI613240B

TWI613240B - 高反射率隔熱組成物、其製備方法及隔熱材

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Publication number: TWI613240B
Application number: TW105100785A
Authority: TW
Inventors: 蔡明蒼; 林亞玄; 李秋萍; 吳榮宗; 陳寶東
Original assignee: 台灣中油股份有限公司
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2018-02-01
Also published as: TW201725234A

Abstract

本發明係提供一種高反射率隔熱組成物，其包含無機核殼奈米粒子、空心球無機粒子及樹脂，所述無機核殼奈米粒子係在無機奈米內核粒子外包覆無機奈米殼層粒子。本發明再提供一種高反射率隔熱組成物的製備方法，包含將該無機核殼奈米粒子、空心球無機粒子及樹脂攪拌混合。本發明又進一步提供一種隔熱材，所述隔熱材包含一基材及一由高反射率隔熱組成物所形成並塗佈於基材至少一表面上的隔熱層。藉由本發明之高反射率隔熱組成物，可提供高紅外線反射率以及良好的隔熱效果，應用於隔熱塗料時，能降低熱能傳導至室內效率，達到節能效果。

Description

高反射率隔熱組成物、其製備方法及隔熱材

本發明涉及一種具有高反射率而能有效隔熱之組成物、該組成物的製備方法以及應用該組成物所形成之隔熱材。

目前人類生存發展所須的燃料和化學品主要仰賴化石能源，然而化石能源並非取之不盡用之不竭，而新興經濟體對於能源需求急速增加，過度使用能源造成全球暖化日益嚴重，因此節能減碳與開發再生能源成為兩大重要課題。雖然替代性的再生能源正積極開發，然未來能否全面滿足全球能源的需求尚不可知，因此現階段如何有效節能減碳，降低對傳統能源的需求為刻不容緩的研發方向。

據中央氣象局研究結果顯示，近二十年來台灣在全球性暖化及都市熱島效應的影響下，都市地區日均溫逐年上升，夏天溫度更屢創新高，全台住商部分用電占全國電力消耗量的31%，該用電量並以7.6%的年成長率增加，此顯示占住商用電27%的建築物空調負荷亦逐年快速成長。因此改善建築物的隔熱以減低空調用電量，不僅可節省可觀的費用，亦可達節能減碳效果。

輻射是太陽傳遞熱量主要的途徑，太陽光進入大氣層時，約有5%紫外光、45%可見光與50%紅外光能量分布。這些光線在經過建築物屋頂、外牆或玻璃時，會產生光反射或光吸收，若產生光吸收，可在後續能階變化過程中形成熱能釋放，而造成室內溫度上昇。

我國的建築大多採用鋼筋混凝土，傳統隔熱層則慣用價廉的發泡聚苯乙烯；這種常用的隔熱層構造，其隔熱要點是減緩熱滲透速度。相較於表面光反射性之高效隔熱材料而言，傳統的隔熱方式效果有限。此外傳統隔熱材料長期日曬雨淋，易因熱脹冷縮與風化作用而造成表面材料龜裂引起漏水。

根據一些相關隔熱的研究，藉由綠化屋頂與外牆，或使用高太陽輻射反射率和長波輻射反射率低的屋頂覆蓋材料，可減少熱量傳入建築物內。其中高太陽輻射反射率的屋頂具有18.6%之空調節能。另一方面，約有60%的熱能是透過熱輻射方式經由窗戶進入室內，但一般玻璃只能隔絕7%經由窗戶進入的熱能，而目前國內隔熱紙技術層次較低，主要著重在紫外光的遮蔽，近紅外光的隔絕相關研究並不多。所以，開發出可有效隔絕紫外光、可見光及近紅外光之塗料，對節能減碳可產生極大之效益。

如TW I397565 B隔熱塗料組成物，其包含一樹脂乳液及一經輕燒的白雲石，且該樹脂乳液係選自於醋酸乙烯-丙烯酸共聚乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、丙烯酸乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、有機矽樹脂-丙烯酸酯共聚乳液，或此等之一組合。該案亦提供一種應用該隔熱塗料組成物製得的隔熱材。再如TW I352725 B隔熱塗料，其主要利用相變化材料具有儲能密度大、效率高及近似恆定溫度下吸熱及放熱的特性與反射型建築隔熱塗料作結合，達到具由隔熱、儲熱及溫度控制等多功能性之建築節能塗料。又如TW 201226485 A塗料組成物及其用途，該組成物包含光觸媒複合物及矽酮樹脂，其中以該組成物之總重量計，該光觸媒複合物之含量係約1至約70重量%，該光觸媒複合物包含隔熱材料及光觸媒材料。該案亦提供一種節能材料，包含一基材及由其塗料組成物所形成的薄膜。此節能材料，可有效隔斷紅外線，大幅度降低室內溫度，節省耗電量，並且因為其含有可吸收紫外線之光觸媒，亦提供良好超親水性、自我清潔功能，可達殺菌及除臭等功效。

此外，利用無機物的光學特性製備有機/無機複合材料以作為隔熱塗料可以大幅提升隔熱的性質。但多數商用的無機物顆粒尺寸屬微米級，若以傳統摻混方式則會降低材料的透光性，若將分散相之無機材料降至奈米等級，其尺寸遠小於可見光波長，即可保留有機高分子的透光度，且在適當的無機材料添加下，同時可提升各種熱機械強度。

如TW 201326331 A奈米隔熱塗料及其製備方法，係包括：混合並攪拌至少奈米金屬氧化物以及攪拌輔助液，以形成混合漿料；過濾及乾燥該混合漿料，以形成混合體；煆燒該混合體，以產生奈米級改質的氧化物固溶體，係包括銻錫氧化物/二氧化矽固溶體及/或二氧化釩/二氧化矽固溶體；混合氧化物固溶體、奈米金屬單質、水、醇及分散劑，並依次進行機械攪拌、超音波振盪及高壓均質處理，以產生初級分散體；以及混合初級分散體、高分子乳液及塗料助劑，並依次通過機械攪拌及高壓均質處理，產生奈米隔熱塗料，可應用於玻璃上以達到隔熱功能。又如TW I318999 B隔熱塗料，係包含40wt%至50wt%之樹脂黏結劑、3wt%至8wt%溶劑及30wt%至50wt%有機無機混成填充物，其中耐熱樹脂係包含一種以上之高分子，而有機無機混成填充物具有奈米微孔結構，由於有機無機混成填充物可與樹脂黏結劑形成有效結合，可有效降低樹脂黏結劑的使用量，因此可以使隔熱塗料兼具良好的隔熱及機械性質。另US 20070187653 A1揭示一種可遮蔽紅外線之奈米分散體，該奈米分散體包含一樹脂、一溶劑、一分散劑及多數個具有平均粒徑範圍為50nm~120nm之奈米氧化鎢複合粒子，該奈米分散體於後續的應用可形成一具有抗紅外線之薄膜。以及US 20100140533 A1揭示一種具有隔熱效果之聚氯乙烯膜，該聚氯乙烯膜是由一具有平均粒徑範圍為70nm~90nm之奈米氧化鎢複合粒子、一分散劑、一溶劑及一可固化之氯乙烯樹脂(vinyl chloride resin)所構成。

近年來，隔熱陶瓷及其有機無機混成塗料已廣泛應用於國外建材隔熱領域，且可有效反射大部分陽光而降低室內溫度，然目前最佳之反射率約在70%左右，尚有進一步研究提昇之必要。

為解決上述隔熱陶瓷及其有機無機混成塗料目前最佳之反射率約在70%左右的缺陷，本發明乃提供一種高反射率隔熱組成物、其製備方法及隔熱材，其具有能反射近紅外光、紫外光，以及低熱傳導性、高隔熱性之特色。

上述本發明之主要目的，是由以下之具體技術手段所達成：

一種高反射率隔熱組成物，其包含：無機核殼奈米粒子、空心球無機粒子及樹脂，所述無機核殼奈米粒子係在無機奈米內核粒子外包覆無機奈米殼層粒子。

如上所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述無機奈米內核粒子係選自二氧化鈦、二氧化鋯或二氧化鈰、所述無機奈米殼層粒子為二氧化矽。如上所述之高反射率隔熱組成物，其中，其中，所述無機核殼奈米粒子之粒徑範圍為100~1000nm。

如上所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述高反射率隔熱組成物在紫外光波長範圍(100-400nm)下反射率達18%以上，在可見光波長範圍(400-800nm)下反射率達80%以上與在紅外光波長範圍(800-2600nm)下反射率達50%至85%。

如上所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述空心球無機粒子為空心玻璃球或空心陶瓷球。

如上所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述空心球無機粒子之粒徑範圍為50~300nm，較佳之粒徑範圍為80~150nm。

如上所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述空心球無機粒子選用莫來石(mullite)或二氧化矽無機氧化物粒子。

如上所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述樹脂選自聚胺脂樹脂、酸硬化型胺基醇樹脂、壓克力樹脂、醇酸樹脂或不飽和聚樹脂其中之一。

如上所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述無機核殼奈米粒子與該空心球無機粒子之混合重量比例為2：0.1~1。

如上所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述無機核殼奈米粒子與所述空心球無機粒子於所述樹脂中之固含量為10至60重量%。

如上所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述高反射率隔熱組成物熱傳導係數較佳為0.11至0.22W/m-K，熱阻小於2K/W以下。

一種隔熱材，所述隔熱材包含一基材及一由如申請專利範圍第1至28項任意一項所述之高反射率隔熱組成物所形成的隔熱層，所述隔熱層塗佈設置於所述基材至少一表面上。

如上所述之隔熱材，其中，所述基材係選自水泥板、鐵皮或塑膠板。

如上所述之隔熱材，其中，所述隔熱層塗佈厚度為1.0至5.0mm，較佳為1.8至2.5mm。

一種製備如上所述之高反射率隔熱組成物之方法，包含將該無機核殼奈米粒子、空心球無機粒子及樹脂攪拌混合。

如上所述之方法，其中，所述無機核殼奈米粒子先與所述樹脂混合，之後再將混合後的所述無機核殼奈米粒子先與所述樹脂進行超音波震盪混合，接著再與所述空心球無機粒子機械攪拌進行溶膠凝膠(sol-gel)反應混合。

如上所述之方法，其中，所述超音波震盪混合時間為10-20分鐘。

如上所述之方法，其中，所述機械攪拌反應條件為30分鐘與200-3000RPM

本發明之優點為：本發明之高反射率隔熱組成物，其近紅外光反射材料採用無機奈米核殼粒子，利用其折射率之差異以達到反射近紅外光之目的；而空心球無機粒子則是利用其極低之熱傳導特性，並搭配耐候性佳之樹脂基材，以達到減低熱能傳導至室內之目的；並可依據使用之目的，調整無機奈米核殼粒子及空心球無機粒子之配比，而獲得最佳的反射及隔熱性能。

因此，透過本發明之高反射率隔熱組成物，當其作為塗料時，在近紅外光區域，能產生大量反射，且本發明之高反射率隔熱組成物之熱傳導係數極低，而能同時具有高太陽光反射率與低熱傳導性之雙重功能。

第一圖：為TiO₂奈米粒子及TiO₂-SiO₂核殼奈米粒子雷射粒徑量測圖

第二圖：為TiO₂-SiO₂奈米核殼粒子之FE-SEM圖

第三圖：為TiO₂-SiO₂奈米核殼粒子之TEM圖

第四圖：為本發明高反射率隔熱組成物之TGA量測圖

為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：本文中所述之「一」或「一種」當與「包含」連用於申請專利範圍或說明書中，可能代表有一個，但也符合「一或多個」或「至少一個」。

<高反射率隔熱組成物>

本發明一方面係提供一種高反射率隔熱組成物，其包含：無機核殼奈米粒子、空心球無機粒子及樹脂。

本文中術語「高反射率」意指組成物對於光(UV光、可見光或紅外光)具有高反射率，尤其對近紅外光具有高反射率。對近紅外光之高反射率為50%以上，如50%、55%、60%、65%、70%、75%等等，較佳為80%以上。而對UV光之反射率亦可達較佳為18%以上，可見光反射率可達較佳為80%以上。

本文中術語「無機奈米核殼粒子」係指形成殼核結構之內核為高折射率之無機氧化物奈米微粒，此處之高折射率代表係指光在真空中的速度與光在該無機氧化物(介質)中之速度比所得之值。又本文中術語「高折射率」係指該無機氧化物奈米微粒內核之折射率大於1.65，較佳為大於2.00。可實施於本發明中之含有高折射率之無機氧化物奈米微粒內核係選自但不限於二氧化鈦、二氧化鋯或二氧化鈰。而殼層則選可使用能與內核有折射率差異並可與其形成核殼粒子者，其種類可包含但不限於二氧化矽。形成核殼粒子之方法為習知技術，如溶膠凝膠(sol-gel)，故在本文中不再贅述。該無機奈米核殼粒子較佳粒徑範圍100~1000nm。

本文中術語「樹脂」可為一般做為塗料使用之天然樹脂、油和天然樹脂及合成樹脂；其中，天然樹脂為以溶劑酒精溶解天然樹脂蟲膠、柯巴或松脂而成；油和天然樹脂則為將天然樹脂和植物性乾油加熱聚合而成者；合成樹脂則可為聚胺脂樹脂、酸硬化型胺基醇樹脂、壓克力樹脂、醇酸樹脂或不飽和聚樹脂。較佳係選用合成樹脂，更佳係選用壓克力樹脂。

本文中術語「空心球無機粒子」為內部為空心之無機球狀粒子，較佳具有粒徑範圍50~300nm，更佳具有粒徑範圍為80~150nm，其於本發明之高反射率隔熱組成物中之作用係因其為中空球狀，而能降低熱傳導能力，因此其材質較無限制，較佳為本身熱傳導力低之無機粒子，可用者例如但不限於空心玻璃球或空心陶瓷球；空心球無機粒子之材質可選用莫來石(mullite)或二氧化矽等無機物，且較佳使中空微球無機填充物具有較平整之成型外觀表面，增加其反射率，因此空心球無機粒子表面得以脂肪酸、脂肪酸酐、脂肪酸醯胺、脂肪酸鹽、脂肪酸脂、脂肪族醇、矽烷偶合劑、鈦偶合劑、矽烷油或磷酸醋先行進行表面處理。空心球無機粒子做為無機填充物，由於其球形特性，很容易在彼此之間滾動，使得所形成的塗料具有較低的粘度，較好的流動性，也改善塗料的可噴塗性。同時空心球無機粒子能增強塗料所形成塗層的硬度、耐洗刷性和耐磨性。加上空心球無機粒子一般具有高熔點，適合應用於高溫隔熱材料。

在本發明之高反射率隔熱組成物中，該無機核殼奈米粒子與該空心球無機粒子之混合重量比例為約2：0.1~1。該比例僅為例示但不限制本發明，而技藝人士可依照所欲之近紅外光反射能力(由無機奈米核殼粒子達成)，以及低的熱傳導特性(由空心球無機粒子達成)來調整兩者的比例。

於本發明之高反射率隔熱組成物中，無機核殼奈米粒子與該空心球無機粒子通稱為固含量。於該樹脂中，若該固含量越高，相對的其紅外光反射能力越強，且具更低的熱傳導特性。然而，固含量過高也可能導致本發明之高反射率隔熱組成物流動特性不佳，因此，該固含量較佳為10至60重量%。

<高反射率隔熱組成物之用途>

本發明之高反射率隔熱組成物由於其具有近紅外光反射能力(由無機奈米核殼粒子達成)，以及低的熱傳導特性(由空心球無機粒子達成)，因此可用於做為塗料，較佳係可做為隔熱塗料。相較於一般塗料，本發明高反射率隔熱組成物做為塗料時，其熱傳導係數較佳為0.11至0.22W/m-K，熱阻小於2K/W以下，較佳為0.007至0.019K/W。其中，當本發明之高反射率隔熱組成物做為塗料之用途時，可形成具有1.0至5.0mm之良好厚度，較佳為1.8至2.5mm，且膜況良好，因此本發明之高反射率隔熱組成物適於做為塗料。

本發明之高反射率隔熱組成物做為塗料，可進一步包含一分散劑、一消泡劑、一成膜助劑、一稀釋劑、一增稠劑、一顏料、一填料，或此等之任一組合。上述各種添加劑可以是現有任何適用於配製塗料領域的添加劑，例如分散劑可以是二丙二醇甲醚；成膜助劑可以是乙二醇(EG)；顏料可以是二氧化鈦；填料可以是滑石粉等。另外，亦可配合需求加入染料或耐燃劑等做為添加物，添加適當染料可增加塗料的反射率，耐燃劑可為磷氮系耐燃劑或亞磷酸脂系耐燃劑，磷氮系耐燃劑例如磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸素、磷酸鳥尿素、多聚磷酸銨、磷酸三聚氰銨、三聚氰銨、紅磷膠囊化之白磷、紅磷、多磷酸銨、磷酸脂等。

本發明之高反射率隔熱組成物其做為塗料之用途，主要用途是塗在建築物的外牆上，以降低建築物內的溫度，此外，該隔熱塗料亦可運用在民生用品(如安全帽及汽車車頂上)等多面向的發展。

本發明之高反射率隔熱組成物可製成一隔熱材，例如，該隔熱材包含一基材及一隔熱層。該隔熱層設置於該基材之至少一表面上，且其係由一如上所述的本發明高反射率隔熱組成物所組成。該基材係選自於一水泥板、一鐵皮或一塑膠板其中之一。該隔熱材是藉由將上述隔熱塗料組成物塗佈於一基材上而製得的。塗佈的技術可以是現有已知的各種塗佈方式，只要能使上述隔熱塗料組成物於該基材上形成一隔熱層即可。

<高反射率隔熱組成物之製備方法>

本發明高反射率隔熱組成物之製備方法，包含將該無機核殼奈米粒子、空心球無機粒子及樹脂攪拌混合。其中，較佳為該無機核殼奈米粒子係先與樹脂混合後進行超音波震盪，再與空心球無機粒子機械攪拌混合；或者可三者同時混合。

以下實施例不應視為過度地限制本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可在不背離本發明之精神或範疇的情況下對本文所討論之實施例進行修改及變化，而仍屬於本發明之範圍。

[實施例]

[實施例1]

取15.5克二氧化鈦(TiO₂，平均粒徑約255nm，長壽化工)及25克懸浮性二氧化矽(SiO₂，平均粒徑約68.06nm，台灣日產化工)置入18克的去離子水中，利用超音波震盪10分鐘均勻混合後，再置入機械式攪拌進行溶膠凝膠(sol-gel)反應1個小時，配製成懸浮性二氧化鈦(TiO₂)-二氧化矽(SiO₂)核殼粒子。第一圖為TiO₂奈米粒子及TiO₂-SiO₂核殼奈米粒子雷射粒徑量測圖，圖中顯示原始TiO₂奈米粒子為平均粒徑為255nm且為單一分佈，將SiO₂奈米粒子包覆於TiO₂奈米粒子表面其粒徑為400nm，由此證明成功製備TiO₂-SiO₂核殼奈米粒子。進一步將TiO₂-SiO₂核殼粒子塗佈於基板中進行FE-SEM量測，放大倍率為9000、80000及270000倍，粒徑大小為250~400nm，並由第二圖中可明顯看出TiO₂的周圍被SiO₂附著形成被包覆的狀態，使得TiO₂粉體粒徑由原本的200-300nm成長至250-400nm，此結果顯示成功製備的TiO₂-SiO₂奈米核殼粒子。又進一步使用TEM之量測，TEM為穿透式顯微鏡量測時需將樣品進行最適的稀釋，本實驗為取0.1克TiO₂-SiO₂奈米核殼粒子原液，再與10克水進行稀釋，由第三圖中可看出TiO₂的周圍被SiO₂所包覆，其包覆情形沒有FE-SEM明顯，此為量測過程需與大量水稀釋所至，而奈米核殼粒子粒徑大小為250~400nm，此結果與FE-SEM一致，此結果可進一步證實TiO₂-SiO₂奈米核殼粒子成功的被製備。

取15克樹脂(矽壓克力樹脂，基立化學)做為基質，加入19克二氧化鈦(TiO₂)-二氧化矽(SiO₂)核殼粒子，利用超音波震盪20分鐘，再加入3.325克中空玻璃球(粒徑為80-150nm，協永科技)以200RPM進行機械式攪拌混合約30分鐘，即可獲得本發明之高反射率隔熱組成物。以下實驗例中，可調整不同的二氧化鈦(TiO₂)-二氧化矽(SiO₂)核殼粒子以及中空玻璃球之含量。下文中，本發明高反射率隔熱組成物若使用矽壓克力樹脂做為基質其之代號為ARTSG，本發明高反射率隔熱組成物若使用壓克力樹脂做為基質其之代號為RTSG，後方數字代表核殼型無機奈米粒子與中空玻璃球之固含量。

[實驗例1]-TGA量測

將本發明高反射率隔熱組成物進行TGA量測(請參看第四圖)，其顯示一開始之重量損失為塗料中的水的蒸發，由圖中亦顯示當只有樹脂時熱裂解溫度約為311℃且殘餘量幾乎接近0%，但是當加入44%的TiO₂-SiO₂核殼奈米粒子和中空玻璃球(兩者重量比2：1)時，熱裂解溫度提升到344℃，殘餘量也提升到了45%左右。此結果顯示加入TiO₂-SiO₂核殼奈米粒子和中空玻璃球可提升塗料之熱裂解溫度，且由殘餘量顯示與理論值相近。

[實驗例2]-UV-vis反射率量測

本發明之高反射率隔熱組成物作為隔熱塗料塗佈在矽酸鈣板上烘烤後，進行反射率的測定，由表1中，顯示當只有樹脂時(即0%時)，近紅外線(RNIR)的反射率為17.56%，在逐漸增加奈米核顆粒子和中空玻璃球其固含量分別為10%(代號ARTSG10)、20%(代號ARTSG20)、30%(代號ARTSG30)、40%(代號ARTSG40)及55%(代號ARTSG55)(固含量測定公式如公式1所式，且奈米核顆粒子和中空玻璃球重量比均為2：1)，發現近紅外線(RNIR)的反射率分別為56.04%、69.61%、72.83%、74.33%及82.81%，故近紅外線(RNIR)的反射率由原始的17.56%可提高到82.81%，由此可知本發明之高反射率隔熱組成物做為隔熱塗料能有效的提高近紅外線的反射效果。

TiO₂-SiO₂核殼型無機奈米粒子及中空玻璃球之固含量測定公式：(烘烤後粉體重/烘烤前懸浮性溶液重)X 100%............(公式1)

[實驗例3]-高反射率隔熱組成物(ARTSG)懸浮穩定性測試

將本發明之高反射率隔熱組成物放置在室溫中達3個月發現並無任何聚集或沉澱的現象發生，由此可知本發明高反射率隔熱組成物之懸浮性是良好且穩定的。

[實驗例4]-高反射率隔熱組成物RTSG、ARTSG做為隔熱塗料之熱傳導係數及熱阻檢測

表2顯示本發明高反射率隔熱組成物RTSG做為隔熱塗料之熱傳導係數、量測及厚度檢測表。熱傳導係數採LW-9021D熱傳導係數測試裝置，將配好的本發明高反射率隔熱組成物做為隔熱塗料，分別倒入兩個蛋塔碗中，在兩個碗上做高度記號，厚度低於0.05~1mm，放入陰暗處自然風乾，乾掉後裁成直徑4*4cm的圓形，放入載台上，控制施加壓力，熱傳溫度，測量兩片並驗證結果。其結果顯示，RTSG0至RTSG55熱傳導係數分別為0.218W/m-K、0.215W/m-K、0.195W/m-K、0.192W/m-K、0.138W/m-K及0.127W/m-K。此結果顯示隨核殼奈米粒子及空心球無機粒子含量增加，熱傳導係數可由0.218W/m-K有效下降至0.127W/m-K，另外RTSG0~RTSG55熱阻分別為0.012K/W、0.011K/W、0.015K/W、0.018K/W、0.020K/W及0.019K/W，均在0.2K/W以下，故本發明高反射率隔熱組成物做為塗料，具良好之隔熱效果。

表3顯示本發明高反射率隔熱組成物ARTSG做為隔熱塗料之熱傳導係數、量測及厚度檢測表，檢測方式同上所述。 ARTSG0~ARTSG55熱傳導係數分別為0.226W/m-K、0.219W/m-K、0.206W/m-K、0.181W/m-K、0.146W/m-K及0.135W/m-K。此結果顯示隨核殼及空心球無機粒子含量增加熱傳導係數及熱阻可由0.218W/m-K有效下降至0.127W/m-K，另外ARTSG0~ARTSG55熱阻分別為0.005K/W、0.007K/W、0.008K/W、0.010K/W、0.006K/W及0.005K/W，均在0.1K/W以下，故本發明高反射率隔熱組成物做為塗料，具良好之隔熱效果。

[實驗例5]-高反射率隔熱組成物熱輻射放射率檢測

使用熱輻射放射率量測儀系統(型號AE1/RD1)，檢測方法為以刮刀塗布機設定0.1cm的高度，將塗料均勻塗布於鋼板上，放置陰涼處自然風乾，熱輻射量測感應器壓在塗料面，利用熱輻射感應器給熱與感測溫度並由液晶顯示面顯示反射熱輻射值。反射熱輻射值越高表示此隔熱效果越好。

由表4壓克力樹脂隔熱塗料之熱輻射放射率表之結果顯示，RTSG0~RTSG55熱輻射放射率分別為0.797、0.845、0.871、0.878、0.898及0.901。此結果顯示隨核殼及空心球無機粒子含量增加，熱輻射放射率可由0.797有效增加至0.901，熱輻射放射率接近1，顯示本發明之高反射率隔熱組成物具良好之隔熱效果。另外RTSG0~RTSG55塗佈於鋼板量熱輻射放射率其厚度分別為1.12mm、1.09mm、1.11mm、1.14mm、1.25mm及2.10mm。

表5顯示使用本發明高反射率隔熱組成物中，基質為矽壓克力樹脂者做為隔熱塗料之熱輻射放射率表之結果顯示，ARTSG0~ARTSG55熱輻射放射率分別為0.813、0.888、0.909、0.906、0.908及0.912。此結果顯示隨核殼及空心球無機粒子含量增加，熱輻射放射率可由0.813有效增加至0.912熱輻射放射率接近1，顯示本發明之高反射率隔熱組成物具良好之隔熱效果。另外ARTSG0~ARTSG55塗佈於鋼板量熱輻射放射率其厚度分別為0.48、1.15mm、1.16mm、1.09mm、1.13mm、1.14mm及2.50mm。

[實驗例6]-模型屋測試室內外隔熱效果

採用模型屋，於屋頂上分別塗上本發明之高反射率隔熱組成物ARTSG55做為隔熱塗料以及一般塗料(立邦，TBG0000)，以100w鹵素燈泡照射並同時測量室內外屋頂溫度，歷時兩小時。表6顯示量測結果。由表6可見，當10分鐘後，一般塗料與本發明之隔熱塗料，室外屋頂溫度差為5.5℃，室內屋頂溫度差為5.5℃；20至40分鐘後一般塗料與本發明之隔熱塗料室外屋頂溫度差為6.4至6.8℃，室內屋頂溫度差6.4至6.4℃；65分鐘後一般塗料與本發明之隔熱塗料室外屋頂溫度差及室內屋頂溫度差為約為7-8℃左右。

由上可見，本發明之高反射率隔熱組成物，可於室溫存放3個月以上可維持均勻分散無沉降，其粒大小由雷射粒徑量測，FE-SEM及TEM結果顯示粒徑為250-400nm，且分佈均勻沒有明顯聚集產生。

而由Uv-vis圖中顯示當只有樹脂時即0%時近紅外線(RNIR)的反射率為17.56%，在逐漸增加奈米核顆粒子和中空玻璃球其固含量分別為10%、30%、40%及55%，發現近紅外線(RNIR)的反射率分別為56.04%、69.61%、72.83%、74.33%及82.81%，故近紅外線(RNIR)的反射率由原始的17.56%可提高到82.81%，由此可知本發明之高反射率隔熱組成物做為隔熱塗料能有效的提高近紅外線的反射效果。

隔熱塗料之厚膜可約為1.8-2.5mm且膜況良好，壓克力樹脂系列隔熱塗料之熱傳導係數及厚度檢測之結果顯示隨核殼及空心球無機粒子含量增加至55%時，熱傳導係數及熱阻分別為0.127W/m-K及0.019，另外，矽壓克力樹脂系列隔熱塗料之熱傳導係數及厚度檢測之結果顯示隨核殼及空心球無機粒子含量增加至55%，熱傳導係數及熱阻分別為0.135W/m-K及0.005，均顯示具良好之隔熱效果。

壓克力樹脂及矽壓克力樹脂系列之本發明高反射率隔熱組成物做為隔熱塗料之熱輻射放射率量結果顯示，當核殼及空心球無機粒子含量增加至55%熱輻射放射率分別為0.901及0.912熱輻射放射率接近1，顯示具良好之隔熱效果。

於建立實驗級室內外溫度量測隔熱模型屋頂塗覆所開發反射塗料配方，可見相較於一般的塗料，本發明高反射率隔熱組成物做為塗料可有更佳的降溫效果。

以上所舉者僅係本發明之部份實施例，並非用以限制本發明，致依本發明之創意精神及特徵，稍加變化修飾而成者，亦應包括在本專利範圍之內。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體技術手段，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

Claims

一種高反射率隔熱組成物，其包含：無機核殼奈米粒子、空心球無機粒子及樹脂，所述無機核殼奈米粒子與該空心球無機粒子之混合重量比例為2：0.1~1，所述無機核殼奈米粒子與所述空心球無機粒子於所述樹脂中之固含量為10至60重量%，所述無機核殼奈米粒子係在無機奈米內核粒子外包覆無機奈米殼層粒子，且該無機奈米殼層粒子與該無機奈米內核粒子之重量比為25：15.5。
如申請專利範圍第1項所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述無機奈米內核粒子係選自二氧化鈦、二氧化鋯或二氧化鈰、所述無機奈米殼層粒子為二氧化矽。
如申請專利範圍第1或2項所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述無機核殼奈米粒子之粒徑範圍為100~1000nm。
如申請專利範圍第3項所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述高反射率隔熱組成物在紫外光波長範圍(100-400nm)下反射率達18%以上，在可見光波長範圍(400-800nm)下反射率達80%以上與在紅外光波長範圍(800-2600nm)下反射率達50%至85%。
如申請專利範圍第4項所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述空心球無機粒子為空心玻璃球或空心陶瓷球，所述空心球無機粒子之粒徑範圍為50~300nm，較佳之粒徑範圍為80~150nm。
如申請專利範圍第5項所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述空心球無機粒子之材質選用莫來石(mullite)或二氧化矽無機氧化物粒子。
如申請專利範圍第6項所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述樹脂選自聚胺脂樹脂、酸硬化型胺基醇樹脂、壓克力樹脂或醇酸樹脂其中之一。
如申請專利範圍第7項所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述高反射率隔熱組成物熱傳導係數較佳為0.11至0.22W/m-K，熱阻小於2K/W以下。
如申請專利範圍第1或2項所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述空心球無機粒子為空心玻璃球或空心陶瓷球，所述空心球無機粒子之粒徑範圍為50~300nm，較佳之粒徑範圍為80~150nm，其材質選用莫來石(mullite)或二氧化矽無機氧化物粒子。
如申請專利範圍第1或2項所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述樹脂選自聚胺脂樹脂、酸硬化型胺基醇樹脂、壓克力樹脂或醇酸樹脂其中之一。
如申請專利範圍第1或2項所述之高反射率隔熱組成物，其中，所述高反射率隔熱組成物熱傳導係數較佳為0.11至0.22W/m-K，熱阻小於2K/W以下。
一種隔熱材，所述隔熱材包含一基材及一由如申請專利範圍第1至11項任意一項所述之高反射率隔熱組成物所形成的隔熱層，所述隔熱層塗佈設置於所述基材至少一表面上。
如申請專利範圍第12項所述之隔熱材，其中，所述基材係選自水泥板、鐵皮或塑膠板。
如申請專利範圍第12或13項所述之隔熱材，其中，所述隔熱層塗佈厚度為1.0至5.0mm，較佳為1.8至2.5mm。
一種製備如請求項1至11項中任意一項所述之高反射率隔熱組成物之方法，包含將該無機核殼奈米粒子、空心球無機粒子及樹脂攪拌混合。
如申請專利範圍第15項所述之方法，其中，所述無機核殼奈米粒子先與所述樹脂混合，之後再將混合後的所述無機核殼奈米粒子先與所述樹脂進行超音波震盪混合，接著再與所述空心球無機粒子機械攪拌進行溶膠凝膠(sol-gel)反應混合。
如申請專利範圍第16項所述之方法，其中，所述超音波震盪混合時間為10-20分鐘。
如申請專利範圍第16或17項所述之方法，其中，所述機械攪拌反應條件為30分鐘與200-3000RPM。
如申請專利範圍第15項所述之方法，其中，所述無機核殼奈米粒子、該空心球無機粒子與所述樹脂之混合重量比例為19g： 3.325g：15g，且所述無機核殼奈米粒子為二氧化鈦(TiO₂)-二氧化矽(SiO₂)核殼粒子、該空心球無機粒子為中空玻璃球以及所述樹脂為矽壓克力樹脂。