Az üreges kerámia mikrogömbök hogyan adnak hőszigetelő tulajdonságokat a bevonatoknak?

A kerámiafesték működése

Ahogy kiderült, a titok a helyzet megközelítésének a módjában rejlik.

A General Springs Industries Corporation (Colorado Springs) vállalatnak 7 évébe telt, míg kifejlesztette a „Protektor” tetőrendszert. Nem egyedül dolgoztak. A gyantagyártó Rohm és Haas szorosan együttműködött a feladat végrehajtásához szükséges gyanták kifejlesztésében.

A 3M részvétele meghatározta, mely kerámia részecskék voltak a leghatékonyabbak az épületek szigeteléséhez és a napsugárzás hőjének visszaveréséhez. Ezek a kerámiák a NASA Űrsikló (Space Shuttle) programjának – hőelosztás a légkörbe való visszatéréskor – hasznos melléktermékei lettek.Az üreges kerámia mikrogömbök bizonyítottan komoly képességgel rendelkeznek arra, hogy tükrözzék, eloszlassák a hőt és hővezető vagy hidegvezető anyagokként viselkedjenek.

Az épületekben használt kerámiákra vonatkozó követelmények különböznek az űrsiklóban használtakra vonatkozóktól. Az épületeken az a feladat, hogy a sugárzó hőt visszatükrözzék, csökkentsék a hőátadást a falakon, mennyezeteken és tetőkön keresztül. Az űrsikló a súrlódás hőjét kell, hogy tükrözze és eloszlassa. Mivel nem praktikus az épületek csempével való burkolása, ugyanazok az üreges mikrogömböket tartalmazó bevonatok használatosak. Különböző módszerek ugyanazzal a végeredménnyel.

A legtöbb bevonat olyan szerves anyagokat alkalmaz, amelyek természetes úton lebomlanak – a szélsőséges hőmérséklet, a vegyi anyagok, az ultraibolya fény, az ózonkárosodás, a szél, az eső, a hó, a jégeső, a homokos kopás eredményeképpen. A bevonatok megkeményednek, megrepednek, lehámlanak, elkorhadnak, krétaszerűvé válnak és lebomlanak. A sikeres hőszigetelések leküzdik ezeket a problémákat. A három alapvető alkotóelem a GYANTA, a „ragasztó”, a TÖLTŐANYAG, a „test” és a PIGMENT, a „színezés”.

Gyanták:

• A. Rugalmasak maradnak, és kisebb változásokkal mozognak az épületben, befedve a repedéseket és megakadályozva az új repedések megjelenését.
• B. A teljes felületet egy egybefüggő membránként fedi, amely megakadályozza a víz vagy a levegő behatolását. Megfelelő vastagságú bevonat esetén a tetőbevonat képes akár a víz felduzzasztására is.
• C. Ellenállnak a természetes lebomlási folyamatoknak. A laboratóriumi gyorsított eróziós vizsgálatok azt mutatják, hogy hosszú kitettség után egyes bevonatok ellenállóbbá válnak és rugalmasak maradnak.
• D. Egyes bevonatok, ha érintettek lesznek, képesek visszahúzódni eredeti alakjukhoz. A jégeső például okozhat csöpögést, de a bevonat vissza fog húzódni.
• E. A gyanták összetett polimerekből készülnek, amelyek képesek nagy mennyiségű részecske megtartására úgy, hogy megmarad a tapadás is. Létfontosságú a nagy mennyiségű üreges kerámia mikrogömb jelenléte – az 50 térfogat % már megfelelő referenciaérték. Azonban fel akarnak úszni a felszínre. Így a polimereknek kell a szuszpenzióban tartaniuk őket. Néhány hőszigetelő bevonat gyártója azt állítja, állítják, hogy hasonló kerámia előnyökkel rendelkeznek, de üreges gömbök helyett szilárd kerámia gömböket használnak a részecskék szuszpenzióban tartásához. A tömör részecskéknek nincs ugyanolyan szigetelő hatása, mint az üreges mikrogömböknek.
• F. A gyanták és az üreges kerámia mikrogömbök kombinációja UV védelmet is nyújt.
• G. A megfelelő tetőfedő rendszer rendelkezik egy nagyon különleges tulajdonsággal a „Változó áteresztőképességgel”. Amikor a körülmények nedvesek, a polimerek megduzzadnak, és így teljesen vízzáróvá válnak. Amikor a körülmények szárazak, a pórusok kinyílnak, és a nedvesség eltávozik. Ez egy nagyon fontos tulajdonság. A nedvesség feljebb jut az alsó rétegen keresztül és a vízálló anyag alatt csapdába esik. Amikor ez a nedvesség felmelegszik, gőzzé válik, ami hólyagosodáshoz vezet és tönkreteszti a tapadást, vagy lefagy, ami a tető meghibásodásához vezet.

Töltőanyagok:

A legtöbb bevonat olcsó töltőanyagokat használ fel a költségek csökkentése érdekében. Az olyan töltőanyagok, mint a porcelánföld és a kalcium-karbonát, gyakoriak, ökológiai termékek, amelyek természetüknél fogva könnyen lebomlanak. A kerámia mikrogömbök az épületekben előforduló körülmények között elpusztíthatatlanok.

Kerámiafesték működése:

• A sikeres bevonatok legalább 50 térfogat % üreges kerámia mikrogömböt tartalmaznak.
• Az üreges mikrogömbök lehetővé teszik, hogy a bevonatok a napfény mintegy 83%-át visszatükrözzék. (A fényspektrum infravörös vagy „meleg” végének 85% -át tükrözik vissza). A legtöbb sugárzó hőátadást megállítják, mielőtt problémává válna.
• A kerámia mikrogömbök nagyon jó szigetelők; vezetéssel csökkentik a hőátadást. Ezek a mikrogömbök üregesek és a belsejükben vákuum van – a lehető legjobb szigetelő.
• A kerámiák esetén a SZÉTSZÓRÓDÁSRA kell gondolni. Más típusú szigetelések csak lassítják a hőátadást. A kerámiák szétszórhatják a hőt, és átadják vissza a légkörbe. A hő soha nem jut be az épületbe vagy ki az épületből, hogy problémát jelenthessen. Ugyanez igaz a légkondicionálásra. Egy kerámia anyagú kocka 1100°C felett hevíthető, vagy az abszolút nulla értékig hűthető, és néhány másodperccel később csupasz ujjakkal biztonságosan felvehető, míg a kocka még mindig vörösen izzik vagy fagyott a középpontjában. A kerámiák a hőt vagy a hideget eloszlatják a felületről.
• A kerámia mikrogömbök miatt a bevonatok jobban ellenállnak a szennyeződések felhalmozódásának, mint más bevonatok, mivel könnyen lemosódnak.

Pigment

Egyes bevonatok titán-dioxidot és alumínium-trihidrátot használnak fehér pigmentként, valamint üreges kerámia mikrogömböket. Ezek olyan stabil anyagok, amelyek ellenállnak a természetes bomlásnak. Növelik a visszaverő-képességet, az élettartamot és a tűzállóságot. Az ilyen összetevőket alkalmazó bevonatok az „A” tűzállósági osztályba sorolhatók. Röviden, ez a kombináció erős bevonatrendszert épít.

A kombinált összetevők olyan bevonatokat képeznek, amelyek:

• Környezetvédelmi szempontból biztonságosak – a vízbázisú bevonatok mentesek a mérgező anyagoktól. A vizsgálatok azt mutatják, hogy nincs káros hatása az alkalmazásuknak.
• Ellenállnak a fakulásnak – A vizsgálatok azt mutatják, hogy ezek a rendszerek kevésbé fakultak, mint bármely más bevonat.
• Hosszú élettartamúak – A 15 évesnél régebbi alkalmazások még mindig ellenállnak a repedéseknek, a keményedésnek vagy a hámlásoknak. A tetők vízzáróak még akkor is, ha hosszú távú víztakarásnak vannak kitéve.
• Ezek a kerámia bevonatrendszerek ellenállnak a vegyi anyagoknak. A vizsgálatok azt mutatják, hogy a kész termékek ellenállnak a nagyon kemény vegyi anyagoknak is, beleértve az akkumulátor savakat és sós vizes oldatokat.
• A sűrítőkkel, gombaölőkkel és egyéb adalékokkal kombinált kerámia bevonatrendszerek megfizethető védelmet nyújtanak a felhasználónak.

Vannak további pontok és tulajdonságok, amelyeknek jelentős a szerepe a sikeres termikus bevonat kialakításában

Ezek:

• Amikor a bevonat megszárad, a kerámia mikrogömbök közelebb kerülnek egymáshoz. Ez kritikus tulajdonság. Ez létrehozz egy „Kéz a kézben” akadályt a hőmérséklet-átadás ellen. A szorosan álló, nagy százalékban jelen lévő kerámia mikrogömbök és a megfelelő gyanták kombinációja a bevonatok visszaverő, szigetelő és szétszóró tulajdonságait hozza létre.
• A keverékben elegendő mennyiségű kerámia mikrogömbnek kell lennie. 50 tömegszázalék vagy több szükséges. Megfelelő mennyiségű térfogat nélkül a gömbök nem állnak Kéz a kézben egymással, hogy a kívánt hatást biztosítsák a gyanta bevonatban.
• A részecskeméret-eloszlás kulcsfontosságú. Az eloszlás fontos a szoros elhelyezkedés kialakításához. Az optimális eredmények érdekében a bi-modális eloszlást kell figyelembe venni.
• A mikrogömbök valódi sűrűsége fontos. Ezt jól kell megválasztani, hogy fokozza a gyanták képességét a szuszpenzióban tartásra.

Ha túl könnyűek, akkor ez egyre inkább problémás lesz, és hajlamosak lesznek lebegni.

Hogyan működik?

Az üreges kerámia mikrogömb tartalmú festékkel (mennyezetek és falak) festett szobáit melegebbnek fogják érezni ugyanazon a hőmérsékleten, mint az alkalmazás előtt. Ez ugyanaz a jelenség, mint hogy a napon álló személy melegebbnek érzi a levegőt, mint az árnyékban, bár a hőmérséklet ugyanaz. Továbbá az ilyen bevonatokkal festett falak tartósabbak lesznek, mivel a kerámia mikrogömbök keményebb felületet hoznak létre.

A kerámia mikrogömb bevonatrendszerek bármely épület szerkezetének energiahatékonyságát javíthatják a külső falak (kívülről) és a mennyezetek lefestésével, benntartva télen a meleget és nyáron a hűvöst.

Függelék

Minden olyan anyag, amelyet az otthona vagy üzlet építéséhez használnak, elnyeli és átadja a hőt. A hő 80-95%-a átadódik! A szabványos szigetelések az otthonának a falai, vagy teteje által felszívott hő átadási sebességének lassításával hatnak.

A hő FOLYAMATOSAN egy tárgy melegebb oldaláról a hűvös oldalára áramlik az alábbiak közül egy vagy több módon:

Kondukcióval – A kondukció (vezetés) a szilárd tárgyon keresztül történő hőátadás. Amikor egy tárgy egy részét felmelegítik, a benne lévő molekulák gyorsabban és erőteljesebben kezdenek mozogni, és amikor ezek a molekulák az objektumon belül más molekulákat elérnek, akkor a hőt átadják az egész tárgyon keresztül.

Konvekcióval – A konvekció a folyadék vagy a gáz mozgása által közvetített hőátadás. A levegő egy meleg belső falból elvonja a hőt a falban lévő üregek belsejében, majd a hidegebb külső falhoz áramlik, ahol elveszik.

Sugárzással – Bármelyik tárgy hőt sugároz a körülötte lévő hűvösebb eszközökre „hőhullámok” átadásával. Ez közvetlen hőátadás az egyik tárgyról a másikra, anélkül, hogy a levegőt közöttük felmelegítenék. Ez ugyanaz a folyamat, ahogyan a Föld a Napból származó hőt kap, vagy egy fa kályha biztosítja a környezetének a meleget.

A kerámia anyagok egyedülálló energiamegtakarító tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek visszaverik a hőt, miközben szétszórják azt. Az üreges kerámia mikrogömbök fényvisszaverő minősége befolyásolja az „Átlagos sugárzási hőmérséklet” nevű melegedési jelenséget, ahol a közvetlen napsugárzás által okozott hőhullámok miatt az ember melegebbet érez, annak ellenére, hogy nincs tényleges hőmérsékletkülönbség az árnyékos és napos helyszínek között. Ez a Nap sugárzó energiája által okozott molekuláris súrlódás a bőrön, amely melegebbé teszi a testet.