隔熱塗料發展

塗料是指一種液態或粉態材料，它可通過某種特定的施工工藝塗覆在物體表 面，經乾燥固化後形成牢固附著，具有一定強度的、連續的固態塗膜，對被塗物 具有保護、裝飾或其他特殊功能具有保護、裝飾及特殊功效之材料(如防蝕、絕緣、

隔熱及標誌等)。就以木製品來說，由於木製品表面屬多孔結構，不耐髒污。同時 木製品的表面多節眼，不夠美觀。而塗料就能同時解決這方面的問題。

早期國內的建築塗料是以保護及裝飾為主要訴求，但隨著溫室效應及節能減 碳觀念的普及，隔熱塗料已越來越受到重視；目前國內的建築物外殼主要為外牆 水泥，搭配磚瓦結構，皆不是最有效的隔熱材料，必須依靠其他填充材料來達到 室內降溫的目的。常見建築外牆屋頂隔熱方式，有使用保麗龍、屋頂鋪設一層 PU 防水隔熱塗料或加裝隔熱材料於外牆夾層、內表面或使用雙層玻璃窗、雙層外牆，

以空氣為中間夾層作為隔熱、斷熱之用。但因其施工繁瑣且材料厚度甚大，不符 合經濟效應，因此國內外研究人員紛紛轉向研發在塗料中加入具有反射熱輻射及 阻斷熱傳導的材料，力使塗料趨向具有厚度薄、施工便利及耐用度高的特性。

表 2-1 塗料的特點與性能

保護性 保護被塗物免受有害物質的侵蝕，使被塗物延長使用壽命

裝飾性 使被塗物更加美觀

特殊功用 標誌用的熒光漆，其它尚有阻燃漆，防冷凝漆和電泳漆等

塗料的性能 塗料的開罐外觀、低溫凍融性；

塗料的施工方法及性能 刷塗、輥塗、噴塗及施工手感流平性能

塗膜外觀 光澤、豐滿度、色澤、細膩

遮蓋力 正常的塗刷遍數後，是否蓋底

機械性 硬度、衝擊、柔韌性

抗性 抗紫外線、抗化學藥品性、抗磨損、抗水鹼、抗黴菌藻類

持久性 是否長期具有保光保色性

貯存穩定性 沉澱趨勢，粘度穩定性

(資料來源：本研究整理) ㄧ、塗料的分類

建築塗料種類繁多，我們又常常習慣按某些特定的性能來分，對於建築塗料通常 分為：

(1) 依塗裝方式之分類：噴漆用塗料、浸漬用塗料、刷塗用塗料、滾筒用塗 料靜電用塗料、粉體用塗料

(2) 依塗料用途之分類：機具塗料、建築塗料、車輛塗料、船舶塗料、其他 用途塗料

(3) 依形成塗膜主要成分之分類：油漆、油瓷漆、清噴漆、酒精塗料、乳濟 塗料、電鍍塗料、水溶性樹脂塗料

(4) 依塗料抗性或機能之分類：抗 UV(紫外線)塗料、耐酸塗料、耐鹼(鹽霧) 塗料、耐高熱塗料、耐沸水塗料、耐汗(人造汗)塗料

(5) 依物品素材之分類：金屬塗料、塑膠塗料、碳纖維塗料、陶瓷塗料、木 材(器)塗料、石材塗料、其他素材塗料

(6) 依乾燥性方式之分類：焙烤塗料、自然乾燥塗料

二、 外牆塗料又以功能與溶劑兩大類別細分：

(1) 依功能分類：防水塗料、太陽光反射型隔熱塗料、阻隔型隔熱塗料、輻 射型隔熱塗料、建築物外牆結構防火塗料及防霉塗料。

(2) 依溶劑分為兩大類：無機水性塗料、有機溶劑型塗料。

無機水性塗料：水性丙烯酸塗料、聚酯酸乙烯塗料為代表。

有機溶劑型塗料：聚酯塗料、環氧樹脂塗料為代表。

1. 建築外牆阻隔型隔熱塗料

阻隔型隔熱塗料由基料、溶劑、天然矽酸鹽纖維或其他礦物保溫材料和適量 輕質材料製成。外觀為稠厚漿體，一般採用塗抹方式，但也可採用噴塗方式，是 一種厚膜塗料，塗料厚度一般為 10~20mm，塗料在經過充分乾燥固化後，塗層具 有一定阻擋熱傳導的能力。該型塗料的密度很低，一般在 500 公斤/立方公尺以下，

因而在乾燥成膜後其塗料的導熱係數很小，一般在 0.035~0.12W/(m·K)之間。

物體的導熱性是材料本身傳導熱量的性質，當材料兩面有溫差時，熱量能夠 由溫度高的一面傳向溫度低的一面。若材料的厚度為 d，面積為 A，兩面的溫度 為 T 及 T0，在 Z 小時內通過面積 A 的總能量為 Q，則熱傳導係數定義如下：

Q/AZ=k(T-T0)/d (2.1) 得

k= Qd/A(T-T0)Z (2.2)

熱傳導係數 k [W/(m·K)]為一個物理量，表示物體或材料傳導熱量能力的大 小。k 越大，物體的導熱性能越好；k 越小，絕熱性能越好。一般材料的導熱係 數在 0.03~3.50W/(m·K)之間，而小於 0.23 W/(m·K)才被稱為隔熱材料。另材料的 密度越大，其導熱性越好，熱傳導係數越大；然而，對於含有孔隙的材料而言，

孔隙率越大，密度越小，其熱傳導係數越小。具有細微和封閉孔隙的材料由於沒 有空氣產生對流而使導熱性提高之問題，導熱係數因而比孔隙粗大的材料小。隔 熱塗料塗佈成一定厚度的塗膜，其塗膜密度小，並內含大量封閉孔隙，因此大多 數的隔熱塗料其熱傳導係數都在 0.07 W/(m·K)以內，具有良好的隔熱性能。其中 林基裕(2007)指出膨脹珍珠岩(或稱日輕岩粉)其結構疏鬆，密度小，熱傳導係數低

及減少樹脂的用量。James 等人（2012）研究指出在塗料中加入 20 nm 的氧化鋅

(資料來源：本研究整理) 3. 輻射型隔熱塗料

輻射型隔熱塗料的隔熱原理是透過輻射的形式把建築物的日照光線和熱量 以一定的波長輻射到空氣中，進而達到良好的隔熱降溫效果。由於此種塗料是透 過抵達建築物表面輻射轉化為熱反射電磁波輻射到大氣中而達到隔熱的目的，因 此該塗料的關鍵技術在於配置具有高熱輻射率的塗料成份，諸如氧化鐵、氧化錳、

氧化鈷及氧化銅等金屬氧化物皆具有高熱輻射率的特性。另外氣象學的研究表示，

在波長 8~15μm 的區域內，地面上的紅外線輻射可直接輻射到外層空間。研究顯 示，在塗料中加入三氧化二鋁、二氧化鈦等金屬氧化物粉末填料，可輻射 5~15 μm 的波段內的紅外線之能力達 85%以上。

三、隔熱塗料原理及組成 1. 熱傳的基本機制

熱量傳遞主要是經傳導(Conduction)、對流(Convection)及輻射(Radiation)等三 種方式進行。熱傳導是熱經由固體或靜止流體由高溫輸送至低溫的現象；熱對流 是熱經由流體由高溫輸送至低溫的現象；熱輻射則不須介質，將高溫物體發射的 電磁波把熱輸送至低溫物體表面，由該物體吸收傳遞熱能的現象。輻射是太陽傳 遞熱量的主要途徑，其中太陽輻射包括紫外線(波長 300～380nm)占 3％、可見光 (波長 380～780nm)占 47％及紅外線(波長 780～2,500nm)占 50％，其中大部分熱 源是來自紅外線及可見光。

2. 隔熱的原理

太陽的輻射光源照射在建築物外牆時會產生反射及吸收的現象。當建築物外 牆吸收輻射光線後，會讓物質的電子激發產生能階變化或化學鍵結產生震動，能

另對已吸收的光線，則需降低塗料的熱傳導能力，以減少熱能往建築物內層傳遞 的機會，如圖 2-1 所示。因此，建築物隔熱塗料之設計皆以高太陽輻射反射率(Solar Reflectance)及低熱導性(Thermal Conductivity)為主。

圖 2-1 隔熱塗料隔熱原理 (資料來源：本研究整理)

3. 隔熱塗料特性

隔熱主要做為阻止熱量經由傳導（Conduction）、對流（Convection）或輻射

（Radiation）等 3 種方式，或其他組合抑制熱傳遞者。熱傳遞在流體中是藉由粒 子的碰撞(劉靜而，2014）；在固體中則由聲子傳遞所達成，或者可將其視為晶體 藉由熱能引發彈性波來達成。因此，增加固體中複合相的比例及孔洞，可增加熱 能散射及折射的機率，亦即降低熱能在固體中傳遞的能量與速率。

在一般對隔熱塗層的設計中，中間層主要是產生一微細的蜂巢狀組織以增加 熱能的散射、折射與消散，表面層則施以淺色、光亮的面漆以增加太陽輻射熱的 反射，其主要隔熱機制，包含：熱傳導、輻射、對流。

隔熱塗料主要應用於建材表面之塗層，其不透明部分對外殼建材之節能特性，

主要是其與壁面之熱傳透率（Average Thermal Transmittance, U 值）因之改變；

即是與隔熱能力有關。但是它也承受來自日射的吸熱影響，因此，增加隔熱性能 與降低日射吸熱因子是其節能之道，並應配合合理的遮陽設施及良好的通風計畫，

以減輕外牆的受熱量。所以良好的隔熱塗層設計便可有效阻隔太陽的輻射能，降 低建築物本體溫度，使得冷氣的負載降低，同時減少熱氣的排放，達到節能與改

善空氣品質。

一般而言，熱量的傳遞皆是由高溫側向低溫側移動，而每一種物質都具有不 同的熱傳導的能力，其傳熱能力是以熱傳導（Thermal Conductivity）係數來表示，

定義為熱流與溫度梯度之比值，當物質的熱傳導係數（k）愈小，則隔熱效果愈 好。但是，目前為止在隔熱塗料方面，並未制定有效衡量隔熱塗料效果之標準，

主要隔熱塗料制定準標之相關因子過多，其中包含：塗料性狀、施工方式、使用 環境、儲存安定性、塗膜形成機能、物化抗性與成分檢驗等，無法確切掌握，因 此，相關塗料製造商家於塗料製品之基本物性標示上，皆根據實際施工塗布後之 實驗數據，來表示其製品之隔熱特性。以目前而言，有部分廠家參考日本工業標 準「JIS A 5759」規定建築玻璃窗用貼膜標準，進行測量製品日光反射率，做為 製品性能指標，但此種量測標準並無法有效表示隔熱塗料之特性，目前也僅做為 測量之參考用。

4. 隔熱塗料組成分析

隔熱塗料為一種新型特種塗料，在室溫下高溫防護塗料，廣泛用於航空飛行、

核能發電廠、石油化工、建築、冷藏物流車或鍋爐、高溫爐等領域的新材料，具 良好耐高溫、隔熱性能、抗沖刷性、阻燃、防火性能、防腐與良好機械性能，隔 熱防護塗層薄，具有常溫固化、乾燥時間短等特性。

隔熱塗料主要成分為：樹脂、硬化劑、稀釋劑、隔熱填料。就樹脂而言，目 前市場皆以合成樹脂為主（分子量高於 1,000 之高分子材料）。此外，無機塗料 可廣泛應用於高溫元件之保護功效，例如：飛機外表之隔熱塗料、金屬元件之熱 處理保護塗料、木材表面防火塗料、高溫電絕緣塗料等。其中最具代表性為矽酸

隔熱塗料主要成分為：樹脂、硬化劑、稀釋劑、隔熱填料。就樹脂而言，目 前市場皆以合成樹脂為主（分子量高於 1,000 之高分子材料）。此外，無機塗料 可廣泛應用於高溫元件之保護功效，例如：飛機外表之隔熱塗料、金屬元件之熱 處理保護塗料、木材表面防火塗料、高溫電絕緣塗料等。其中最具代表性為矽酸