Sơn chống thấm với polymer có thể làm mát công trình như thế nào?

Nhiệt độ tăng cao và các đợt nắng nóng làm gián đoạn cuộc sống trên khắp thế giới. Các giải pháp làm mát mái nhà ngày càng trở nên cần thiết hơn bao giờ hết. Liệu sơn chống thấm polymer (hay polyme) như SEPNA SA130C có giúp gì?

Xem thêm:

Tại sao chúng ta cần sơn chống nóng mùa hè?

Trái Đất đang nóng lên! Đây là một vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt là ở các nước đang phát triển, nơi mà cái nóng mùa hè có thể lên đến cực điểm. Nhiệt độ trung bình trên toàn địa cầu dự kiến ​​sẽ tăng lên. Nhưng các phương pháp làm mát thông thường như máy điều hòa không khí rất tốn kém. Điều hoà tiêu thụ lượng năng lượng đáng kể, yêu cầu nguồn điện sẵn sàng và thường yêu cầu chất làm mát làm suy giảm ozone và gây hiệu ứng nhà kính mạnh. Đây thực sự là một vòng luẩn quẩn.

Một giải pháp thay thế cho các phương pháp làm mát tiêu tốn nhiều năng lượng này là làm mát bức xạ ban ngày thụ động (PDRC). PDRC là một hiện tượng trong đó bề mặt tự động lạnh đi bằng cách phản xạ ánh sáng mặt trời và tỏa nhiệt vào bầu khí quyển lạnh hơn. Quá trình PDRC hiệu quả nhất nếu bề mặt có hệ số phản xạ mặt trời cao (R) giúp giảm thiểu sự tăng nhiệt của mặt trời và hệ số tỏa nhiệt cao (Ɛ) giúp giảm thiểu tối đa sự thất thoát nhiệt bức xạ lên bầu trời. Nếu R và Ɛ đủ cao, quá trình hạ nhiệt thực có thể xảy ra, ngay cả dưới ánh sáng mặt trời.

Việc phát triển các thiết kế PDRC thực tế gặp nhiều thách thức. Nhiều đề xuất thiết kế xây dựng gần đây rất phức tạp hoặc tốn kém. Kết quả là nó không thể thực hiện hoặc áp dụng rộng rãi trên các mái nhà và tòa nhà có hình dạng và kết cấu khác nhau. Cho đến nay, sơn trắng, không đắt và dễ thi công, đã là tiêu chuẩn đầu tiên cho PDRC. Tuy nhiên, sơn trắng thường có sắc tố hấp thụ tia UV và không phản xạ tốt các bước sóng mặt trời dài hơn; vì vậy hiệu suất của chúng chỉ ở mức khiêm tốn.

Tiềm năng sơn chống nóng Polyme mới

Tiềm năng sơn chống nóng Polymer mới

Các nhà nghiên cứu tại Columbia Engineering đã phát minh ra lớp phủ polymer PDRC bên ngoài hiệu suất cao với các lỗ rỗng không khí kích thước từ nano đến siêu nhỏ. Lớp phủ chống thấm polymer kiểu này hoạt động như một bộ làm mát không khí tự phát. Sơn chống thấm có thể được thi công như sơn trên mái nhà, tòa nhà, bể nước, xe cộ, thậm chí cả tàu vũ trụ — bất cứ thứ gì có thể sơn được.

Họ đã sử dụng kỹ thuật đảo pha dựa trên dung dịch để tạo cho polymer một cấu trúc giống như bọt xốp. Các khoảng trống không khí trong polymer xốp phân tán và phản xạ ánh sáng mặt trời, do sự chênh lệch về chiết suất giữa các lỗ rỗng không khí và polyme xung quanh. Polyme chuyển sang màu trắng và do đó tránh được sự đốt nóng của mặt trời, trong khi độ tỏa nhiệt nội tại của lớp sơn phủ trắng khiến nó toả nhiệt hiệu quả ra bên ngoài. Các nghiên cứu đã được công bố với đầy đủ dẫn chứng khoa học .

Hiệu quả chống nóng của lớp phủ polyme

  • Nghiên cứu có tiêu đề “Lớp phủ polyme xốp phân cấp để làm mát bức xạ thụ động ban ngày hiệu quả cao.”
  • Các tác giả là: J. Mandal *, Y. Fu *, A. Overvig *, M. Jia **, K. Sun *, N. Shi *, H. Zhou ***, X. Xiao ***, N. Yu *, Y. Yang *
  • Các đơn vị liên kết: * Khoa Vật lý Ứng dụng và Toán học Ứng dụng, Kỹ thuật Columbia. ** Khoa Cơ khí, Kỹ thuật Columbia *** Nguồn Photon nâng cao, Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, Lemony, IL 60439, Hoa Kỳ

Nghiên cứu được hỗ trợ bởi nguồn tài trợ khởi nghiệp từ Đại học Columbia, chương trình NSF MRSEC thông qua Trung tâm Lắp ráp chính xác các chất rắn siêu cấp và siêu nguyên tử của Đại học Columbia (YY DMR-1420634), chương trình AFOSR MURI (Sáng kiến ​​Nghiên cứu Đại học Đa ngành) (NY cấp # FA9550-14 -1-0389), AFOSR DURIP (Chương trình Thiết bị Nghiên cứu Đại học Quốc phòng) (NY cấp # FA9550-16-1-0322) và Quỹ Khoa học Quốc gia (NY cấp # ECCS-1307948). ACO xác nhận hỗ trợ từ chương trình NSF IGERT (# DGE-1069240). Với hỗ trợ từ Nguồn Photon nâng cao trong Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne (theo Hợp đồng số DE-AC02-06CH11357) và Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven (theo Hợp đồng số DE-AC02-98CH10886.)

Sơn gốc Acrylic hay Polyme sẽ chống nóng tốt hơn?

Sơn gốc Acrylic hay Polyme sẽ chống nóng tốt hơn?

Các tác giả không có lợi ích cạnh tranh. Các tác giả đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế tạm thời với Columbia Technology Ventures cho nghiên cứu này.

Giải thích tác dụng chống nóng của sơn phủ polyme

Làm mát bằng bức xạ ban ngày thụ động (PDRC) bao gồm việc phản xạ đồng thời ánh sáng mặt trời và bức xạ nhiệt vào bầu trời lạnh giá để đạt được mức thất thoát nhiệt ròng. Quá trình này, diễn ra tự phát. Kết quả là có thể làm nguội cấu trúc xuống nhiệt độ thấp hơn môi trường xung quanh.

Nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng nhựa và polyme đơn giản, bao gồm acrylic, silicone và PET, là bộ tản nhiệt tuyệt vời. Các loại sơn với thành phần này có thể được sử dụng cho PDRC. Các thách thức là làm thế nào để những polyme thường trong suốt này phản chiếu ánh sáng mặt trời mà không cần sử dụng giấy bạc làm vật phản xạ và làm thế nào để có thể triển khai thi công dễ dàng.

Họ quyết định sử dụng phương pháp đảo pha vì đây là một phương pháp đơn giản dựa trên giải pháp để tạo ra các lỗ rỗng không khí tán xạ ánh sáng trong polyme. Polyme và dung môi đã được sử dụng trong sơn, và phương pháp Kỹ thuật Columbia về cơ bản thay thế các chất màu trong sơn trắng bằng các khoảng trống không khí phản xạ tất cả các bước sóng của ánh sáng mặt trời, từ tia cực tím đến tia hồng ngoại.

Mandal cho biết: Việc sửa đổi đơn giản nhưng cơ bản này mang lại độ phản xạ và độ tỏa sáng đặc biệt ngang bằng hoặc vượt qua các thiết kế PDRC hiện đại. Hơn nữa, nó còn giúp việc thi công dễ dàng như các loại sơn thông thường khác.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy độ phản xạ mặt trời cao của lớp phủ polyme của họ (R> 96%) và độ tỏa nhiệt cao (Ɛ ~ 97%) giúp nó mát hơn đáng kể so với môi trường xung quanh ở những điều kiện khác nhau. Ví dụ như sơn chống nóng này giúp giảm 6˚C trong sa mạc khô cằn và ở Arizona; và giảm 3˚C trong môi trường sương mù, nhiệt đới của Bangladesh. “Thực tế là việc làm mát đạt được ở cả khí hậu sa mạc và nhiệt đới, mà không cần bất kỳ biện pháp bảo vệ hoặc che chắn nhiệt nào.

Lớp phủ polyme xốp PDRC phản xạ ánh sáng mặt trời và tỏa nhiệt ra bầu trời để đạt được nhiệt độ mát hơn đáng kể so với các vật liệu xây dựng thông thường hoặc thậm chí không khí xung quanh.

Nghiên cứu đã chứng minh rằng các lớp phủ polyme xốp phân cấp, có thể được chuẩn bị với giá rẻ và tiện lợi, mang lại khả năng làm mát tuyệt vời ngay cả trong ánh sáng mặt trời đầy đủ. ”

Hình minh họa cho thấy cách làm mát bằng bức xạ ban ngày thụ động (PDRC) bao gồm việc phản xạ đồng thời ánh sáng mặt trời và bức xạ nhiệt vào bầu trời lạnh giá để đạt được mức thất thoát nhiệt ròng. Quá trình này, diễn ra tự phát, có thể làm nguội các cấu trúc xuống nhiệt độ thấp hơn môi trường xung quanh.

nghien-cuu-so-chong-nong-polyme-sepna

Nhóm nghiên cứu cũng tạo ra các lớp phủ polyme màu có khả năng làm mát bằng cách thêm thuốc nhuộm. Nghiên cứu cũng đã xem xét các vấn đề về môi trường và hoạt động; chẳng hạn như khả năng tái chế, khả năng tương thích sinh học và khả năng hoạt động ở nhiệt độ cao. Thử nghiệm đã cho thấy rằng kỹ thuật của họ có thể được tổng quát hóa cho một loạt các polyme để đạt được các chức năng này.

“Thiên nhiên cung cấp nhiều cách để sưởi ấm và làm mát, một số cách được biết đến rất nhiều và được nghiên cứu rộng rãi và những cách khác ít được biết đến. Làm mát bằng bức xạ — bằng cách sử dụng bầu trời như một tấm tản nhiệt — thuộc nhóm thứ hai, và tiềm năng của nó đã bị các nhà khoa học vật liệu bỏ qua một cách kỳ lạ cho đến vài năm trước, ”Giáo sư Vật lý Claes-Göran Granqvist của Đại học Uppsala, một nhà tiên phong trong lĩnh vực này đánh giá về nghiên cứu.

SEPNA Việt Nam