保溫材雲必霜白長石

新型水性隔熱塗料隔熱效果研究*
Thermal Insulation Efficiency of a Water-base Heat-insulating
Coating*
郭 志 成1 ■ 趙 任 元2 ■ 陳 義 華3
J. C. Kuo1 J. Y. Chao2 Y. H. Chen3
在眾多建築塗料中，隔熱塗料愈
來愈受建築業者與消費者重視。目前
市售隔熱塗料為在其內添加具反射紅
外線功能的顏料；而本研究探討的新
型水性隔熱塗料，其隔熱機制以阻隔
為主。
新型水性隔熱塗料的熱阻隔功
能來自白雲石，因其經過煅燒處理
後，結構疏鬆，氣孔率大，隔熱效果
優良。再結合水性丙烯酸樹脂、二氧
化鈦和其他助劑與填料，製得水性隔
熱塗料。該塗料對水泥纖維板與鐵皮
附著性良好，耐刷洗超過2000次，熱
傳導係數僅0.0926W/mK(1.8mm)，且
以紫外線照射(QUV)2000小時而無異
狀。
本塗料塗覆在鍍鋅鐵板與混凝土
表面，在熱燈照射下，表面與背面的
溫差，分別達到10℃與7.2℃，且關
閉熱燈後，塗覆本塗料的混凝土散熱
遠快於未塗覆本塗料者；經測試後，
本塗料的熱反射率為73.6%。
關鍵詞： 隔熱塗料、熱反射率、白
雲石
Heat-insulating coatings have been much valued
by dealers in building and consumers among the many
architectural coatings. Currently heat-insulating coatings
intended that it contained some pigments having the function
of reflecting infrared in the market. But the present study
discussed a new waterborne heat-insulating coating having
efficient heat barrier function.
A water-based acrylic resin combined with calcined
dolomite, titanium oxide and other additives and fillers to
form the waterborne heat-insulating coating. The coating
has an excellent adhesion on cement fiberboards and steel
plates, and is persistent after more than 2000 time brushings.
The thermal conductivity was very low 0.0926 W/mK
(1.8mm thickness). The coating is intact after 2000 hours of
continuous ultraviolet radiation.
Under a heat lamp irradiation the temperature difference
on the surface and the back of galvanized steel plate and
concrete with the waterborne heat-insulating coating is 7.2℃
and 10℃. After turning off the heat lamp the heat radiation
from the coated galvanized steel plate and concrete is far
faster than that of uncoated ones. The heat reflectivity of the
coating is determined at 73.6%.
Key words: heat-insulating coating, heat ref lectivity,
dolomite
壹、前　言
臺灣地處亞熱帶地區，日照強烈，建築物在烈日長時間照射下，熱量透過建築物外殼傳入
室內，造成屋內溫度升高；加上人口稠密，房舍櫛比鱗次，所用建材又為不易散熱的混凝土或
磚瓦，導致空調不停運轉。每逢夏季炎熱時分，經常發生供電不足的情形，甚至必須實行限
電措施，才能解決供電問題。而且自從1997 年京都議定書簽訂，並於2005 年生效以來，「溫
* 為九十九年十月七日中國鑛冶工程學會九十九年年會宣讀之論文
Paper presented at 2010 CIMME Annual Convention, October 7, 2010, Tainan.
財團法人石材暨資源產業研究發展中心石礦資源組　1組長
台灣鑛資工業股份有限公司　2專員　3協理
1Director, Stone Resources Department, Stone & Resource Industry R & D Center
2Specialist, 3Assistant Manager, Taiwan Mineral Resources & Industry Co. LTD.
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室效應」成為世界各國亟待解決的問題。台灣雖非締約國，但CO2 排放量絲毫未曾減少，直
到2005 年，排放量高達2.6 億公噸，居全球排名第22 位。台灣人口僅佔全球0.3%，CO2 排放
量卻高達全世界1%。依據經濟部工業局2005 年的統計資料，其中12.1%CO2 排放量來自住宅
的使用。而在許多先進國家中，噴淋裝置、空調、冷氣機和電風扇等建築降溫設備所耗用的能
量，佔全年總耗能量20% 以上(1)。由於我國生產1 度電能，約產生0.636 公斤的二氧化碳；若
室內溫度降低1℃，將節省6% 電能。
隨著都市進步與發展，各式各樣的建築物不斷推陳出新，無論採用何種建材，或是使用最
新施工方法，建築物的外貌總是隨著時光消逝而陳舊，甚至產生破壞，因此塗覆建築物外表，
具有保護，增進美觀，以及賦有自潔、隔熱等機能的的建築塗料便應運而生。The Freedonia
Group 在2008 年2 月出版的英文調查報告書World Architectural Paints ( 全球建築用塗料市場)
中，預估全球建築用塗料市場將以每年3.9% 左右的速度成長，2011 年可達到量產2200 萬公
噸，470 億美元的規模(2)。在眾多建築塗料中，隔熱塗料是新興熱門，且愈來愈受建築業者與
消費者重視的塗料。臺灣在隔熱塗料的發展起步甚晚，目前市面上所見隔熱塗料大多來自歐美
各國與日本，由於價格高昂，常令消費者卻步；或是一些工程行與施工單位自行調製，品質無
法滿足使用者需求，因此在節能減碳的趨勢下，隔熱塗料的發展成為刻不容緩的工作。
根據隔熱降溫機制與隔熱方式的不同，隔熱塗料主要分為反射型和阻隔型兩大類。在日照
下，太陽光中的紅外線放出能量，造成物體表面溫度升高，為避免建築物吸收紅外線，通常隔
熱塗料中的顏料具備紅外線反射功能，可使建築物室內降溫2℃以上，節省冷氣電力30% 以
上。由於反射型隔熱塗料的降溫效果有限，近年隔熱塗料的發展乃在塗料中額外添加熱傳導係
數小的中空球狀物，藉由熱量不易經由塗料傳至建築物內部，達到隔熱與絕熱的雙重效果(3)。
白雲石由碳酸鈣和碳酸鎂構成的礦物，二者比例接近1：1，摩氏硬度3.5，比重2.9，產於
臺灣東部花蓮縣的清昌山、木瓜山、萬榮、和平、和仁和宜蘭縣的大濁水，近十年最高年產量
20 萬公噸，最低年產量5.4 萬公噸，民國98 年產量為7 萬公噸，主要供應煉鐵和煉鋼用的熔
劑，或為鹼性耐火材料的製造。此外，白雲石亦為土壤改質劑，中和土壤因施用尿素帶來的酸
性，改善農作物生長環境，提高農作物品質與產量。白雲石是優良的無機材料，經過適當處理
後，廣泛應用於建材、陶瓷、焊接、橡膠、造紙、塑料等工業，以及農業、環保、節能、醫藥
與保健用途，然而國內產售的白雲石，其價格非常低廉，平均1 公噸僅800 元。
白雲石為臺灣東部開採量居前五名的礦石，其應用範圍廣泛，但是目前僅大量用於煉鋼熔
劑和土壤改質劑，產值偏低。由於白雲石經過適當煅燒處理，失去CO2 後，成為氧化鈣與氧
化鎂的混合物，其結構疏鬆，且孔隙率大。目前已知石英是所有礦物中熱傳導係數最高者，為
6.1 ∼ 7.7W/mK，而長石和碳酸鹽類礦物則相對較低，約2.3 ∼ 3.9 W/mK(4)。然而含有64 ∼
68% 石英的砂岩，卻因18.46% 高孔隙率，其熱傳導係數大幅下降至2.5W/mK(5)，足證結構鬆
散，孔隙率高的材料可為隔熱材料，且早年坊間亦有使用輕燒白雲石為建築外部的隔熱材料，
但因附著性與耐候性不佳，使用者有限，因此本研究嘗試以臺灣東部花蓮地區所產純白白雲
石，煅燒製成輕質白雲石，添加至丙烯酸樹脂中，取代或降低白色顏料與中空球狀物用量，完
成阻隔為主，反射為輔型態的新型水性隔熱塗料製作，再進一步檢測其基本特性與隔熱性質，
最終探討其可能的隔熱機制。
鑛冶 55/2 －49－
貳、實驗方法
2.1 實驗材料與設備
本實驗以產自臺灣花蓮縣壽豐地區的白雲石為主原料，水性丙烯酸樹脂( 固成分49%) 購
自長興化工，其他分散劑、消泡劑和成膜助劑則為一般常用戶外建築塗料配方者，分別購自化
工原料行或貿易商。上述原料製得的水性隔熱塗料，依CNS 10757 塗料性質的測試規範，分
別以百格刮刀和洗淨試驗機，測試水性隔熱塗料的附著性與耐洗淨性；再依ASTM G154-06 和
ASTM C518-04，分別測試其耐候性( 抗UV 性) 與熱傳導係數；最終則以自製的簡易溫降測試
裝置，實際量測其塗覆於鍍鋅鐵皮與混凝土塊表面後，正面( 塗層面) 與背面的溫差，並進一
步計算該水性隔熱塗料的熱反射率，以推定其可能的隔熱機制。
2.2 實驗步驟
礦區開採的白雲石礦體，依台灣鑛資現有瓦斯燒成爐
規模，粗碎至約10 ∼ 12cm 粒徑大小的白雲石塊體。將上
述粗碎的白雲石塊體置入1.5m×1m×0.25m 的網狀鎳合金
容器內，上下共堆疊10 層網狀鎳合金容器，平均每層裝載
120 公斤白雲石塊體，共計1.2 公噸，整體放置在台車上，
送入瓦斯燒成爐內煅燒，逐步建立整個煅燒製程( 包括煅
燒溫度、煅燒時間與煅燒速率)。煅燒製程結束後，煅燒
後的白雲石在爐內停留一晚，再取出置於室溫下，靜待其
自然碎裂，先以粉碎機研磨至粒徑80 ∼ 100mesh，最後再
以超微粒磨粉機研磨，使其粒徑達到600mesh 以下。
以戶外建築塗料常用的水性丙烯酸樹脂為黏結劑，依
次加入水、分散劑、消泡劑和成膜助劑等添加劑，形成丙
烯酸樹脂溶液，再分別添加二氧化鈦、輕燒白雲石和中空
玻璃珠，同時以高速均質機攪拌，待所有固成分加入後，
繼續攪拌30 分鐘，製得水性隔熱塗料。
該水性隔熱塗料依CNS 10757、ASTM G154-06 和
ASTM C518-04，分別測試其附著性、耐洗淨性、耐候性
( 抗UV 性) 與熱傳導係數，進一步測試其溫降效果與熱反
射率，確認其實際降溫效果與推測可能的隔熱機制。圖一顯示新型水性隔熱塗料的製程。
參、結果與討論
3.1 輕燒白雲石的製備
臺灣礦區所產白雲石為1：1 碳酸鎂與碳酸鈣混合物，由於碳酸鎂與碳酸鈣煅燒成氧化鎂
與氧化鈣的溫度不同，前者為700 ∼ 750℃，後者為900 ∼ 950℃，因此為使白雲石完全轉化
為結構鬆散，孔隙率大的輕燒白雲石，其煅燒溫度必須在950℃以上。但因爐體以瓦斯加熱，
熱量從塊體外部逐漸向內部傳遞，而產生的CO2 則從內部向外擴散，所以愈往塊體內部，熱傳
圖1 新型水性隔熱塗料製程
N
粗碎
煅燒
研磨
白雲石
塗料製作
塗料測試
白雲石隔熱塗料
輕燒白雲石（隔熱材料）
－50－ 一○○年六月
導阻力愈大。為提高加熱速率，必須提高煅燒溫度，然白雲石鍛燒至1500℃時，其中的氧化鈣
轉化為a-CaO，氧化鎂變為方鎂石，結構緻密，耐火度高，對爐渣的侵蝕抵抗力強(6)，所以煅
燒溫度必須低於1500℃。
經5 次以上的煅燒作業，發現些微調整煅燒時間與煅燒溫度，對白雲石的煅燒品質並無明
顯影響，最終獲得最適煅燒製程為1 小時內，煅燒溫度達到1000 ∼ 1200℃，持溫7 小時後，
關閉瓦斯，直到次日上午取出煅燒後的白雲石。此時白雲石內部呈現雞蛋的顏色，外觀則為幾
近白色的米黃色。先以粉碎機粉碎上述輕燒白雲石，使其粒徑約100mesh，再使用超微粒磨粉
機，進一步研磨輕燒白雲石，使其粒徑降至600 mesh，以為後續製備隔熱塗料所需的填料。
3.2 水性隔熱塗料的製備
本研究所用隔熱材料為輕燒白雲石，嘗試加入丙烯酸樹脂溶液中，發現其添加量超過25
wt% 時，產生兩個嚴重問題。一為該塗料塗布在水泥纖維板上，塗料在硬化過程中產生大量，
且不規則的龜裂現象，易以手觸碰而剝落。第二，該塗料放置數日後，產生明顯的固液分離，
且沈澱物硬如石頭，無法攪拌再呈均分分散的塗料。針對上述現象，在本水性隔熱塗料中，必
須降低輕燒白雲石的添加量，最終實驗結果顯示，輕燒白雲石的添加量維持在15 ∼ 23 wt%。
此外，為提升水性隔熱塗料儲存的安定性，本研究嘗試加入2% 防硬固劑，經半年以上長期儲
存，雖有沈澱發生，但經攪拌後，仍呈均勻分散的塗料。
根據昔日市售輕燒白雲石隔熱材料( 商品名雲碧霜) 的使用情形與隔熱效果，雲碧霜幾乎
百分之百為輕燒白雲石，且直接覆蓋在建築物外表；然而本研究製得的水性隔熱塗料，輕燒白
雲石僅佔15 ∼ 23 wt%，隔熱效果勢必大幅降低，因此在水性隔熱塗料中，另添加少量目前市
售隔熱塗料常用的反射型顏料二氧化鈦，以及2 ∼ 4wt% 阻隔型填料中空玻璃珠，使上述輕燒
白雲石、顏料和填料總添加量為25 ∼ 30 wt%，丙烯酸樹脂溶液則佔70 ∼ 75wt%。
3.3 水性隔熱塗料的基本性質測試
水性隔熱塗料分別塗覆在水泥板與馬口鐵皮表面，置入40℃的烘箱內加速硬化，4 小時後
取出，靜置於室溫下，次日進行附著力試驗。依據CNS 10757 第6.2 項方格黏帶法，使用百格
刮刀分別在水泥板與馬口鐵皮的塗層上，在1cm2 內刻劃100 個相同面積(1mm2) 的方格，再以
所附3M 膠帶，黏附並大力撕起方格，觀察膠帶是否黏附撕起刮開的塗層，並以放大鏡觀察塗
層表面是否有塗料被拔除。根據方格黏帶法對試驗的評定，塗料被拔除的面積愈多，評定的點
數愈低，塗料的附著性愈低。目前評定的等級為0、2、4、6、8 和10 等6 級，各級的評定標
準如表一所示。本測試結果顯示膠帶表面無塗料黏附，塗層表面亦完好如初，僅有刮刀刻劃的
痕跡，因此測試結果為10 點，表示該塗料施作在水泥板與馬口鐵皮的附著性良好。
其次，依據CNS 10757 第12 項，將製備的水性隔熱塗料均勻塗布在塑膠板上，再固定於
洗淨試驗機的載台上，表面滴上0.5% 肥皂水，以載重450 克的固定毛刷往復刷洗，進行耐洗
淨性測試，設定毛刷往復刷洗次數至少500 次以上，觀察塑膠板上的塗層是否剝落，測試結果
顯示毛刷往復刷洗2000 次後，塗料無任何破損或剝落現象，表示水性隔熱塗料具有優異的耐
洗淨性。
此外，根據相關文獻報導，陽光入射地表的紫外線含量僅佔所有光線6%，若依波長劃
分，紫外線可分成UV-A、UV-B 和UV-C，其中佔大量者為UV-A。由於UVA340 燈管所放
鑛冶 55/2 －51－
射紫外線的光譜近似於夏季中午時分的太陽光譜，且此時太陽光的輻射強度為0.68W/m2。
因此本測試乃以製備的水性隔熱塗料，均勻塗布在30cm×30cm 的水泥纖維板上，成為耐候
性( 抗紫外線) 測試試片，在室溫下靜置約一週後，待塗料完全硬化，再進行耐候性( 抗紫外
線) 試驗。根據ASTM G154-06，使用QUV 加速耐候試驗機，設定照射環境溫度為50℃，以
UVA340 燈管( 波長340nm)，0.68W/m2 輻射強度的紫外線持續照射該試片。測試過程中，每
隔72 或96 小時，從QUV 加速耐候試驗機內取出試片，觀察試片表面的塗料是否有異，實驗
連續照射2000 小時，觀察試片表面無任何異狀發生，表示該塗料具有良好的耐候性( 抗紫外
線)。
表1　CNS 10757第6.2項方格黏帶法對於塗料附著性的評定基準
評定點數損傷狀態
10 每一條割痕，兩邊平滑且細，割痕交叉點與正方形每一方格內無任何剝落現象
8 割痕交叉點稍微剝落，正方形每一方格無剝落現象，缺損部分面積在總正方形面積5%以內
6 割痕兩側與交叉點有剝落，缺損部分面積在總正方形面積5∼15%
4 切割引起的剝落寬度較廣，缺損部分面積在總正方形面積15∼35%
2 切割引起的剝落寬度較評定4點更廣，缺損部分面積在總正方形面積35∼65%
0 缺損部分面積在總正方形面積65%以上
3.4 水性隔熱塗料的隔熱性質測試
根據ASTM C518-04，測量板材熱傳導係數的裝置由兩片加熱板和兩片冷卻板組成，其中
兩片加熱板為背對背相接，中間為加熱器，除與加熱板相接外，側面另以保護熱板保護加熱
器，同時隔開與外界空氣對流的機會，避免熱量從側面逸散。板狀隔熱材料進行熱傳導係數測
試時，其規格為20cm×20cm 以上，厚度至少4mm。每次測試需要兩片相同板材，分別置於兩
片熱板上，再分別連接冷卻板。在隔熱板材兩側所連接的加熱面和冷卻面，分別連接熱電偶，
以量測加熱面和冷卻面溫度。所有裝置與測試板材完全置於防風罩內，避免空氣對流引發測試
錯誤。加熱板和冷卻板溫度分別設定50℃和40℃，啟動加熱器後，待溫度達到設定溫度時，
記錄器將記錄所有資訊，並自動計算隔熱板材的熱傳導係數。
由於欲測的水性隔熱塗料的塗膜厚度為1.8mm，遠小於標準所訂的厚度，因此在測試水性
隔熱塗料的熱傳導係數時，採用複合板材的概念，將水性隔熱塗料塗布在已知熱傳導係數的基
材上，使二者厚度總和超過4mm，待測得複合板材的熱傳導係數後，減除基材的熱傳導係數，
則可得到水性隔熱塗料的熱傳導係數。
複合板材的熱傳導係數計算如下式：
1/K ＝ 1/L×Σ(xi/ki)
其中K：複合板材的熱傳導係數
　　L：複合板材的厚度
　　xi：第i 個板材的厚度
　　ki：第i 個板材的熱傳導係數
－52－ 一○○年六月
將製備的水性隔熱塗料均勻塗布在
30cm×30cm， 厚度6.3 mm 的水泥纖維
板( 熱傳導係數0.1400W/mK) 上，室溫下
靜置約一週後，待塗料完全硬化，裁切成
25cm×25cm 的複合板材，依ASTM C518-
04 測試複合板材的熱傳導係數，再依上述
公式，計算水性隔熱塗料的熱傳導係數，
結果如表2 所示。表二顯示添加少量中空
玻璃珠，有助於降低塗料的熱傳導係數，
其中白色中空玻璃珠的效果遠較灰色者
佳，蓋因白色中空玻璃珠尚有反射陽光的
作用，更增強水性隔熱塗料的隔熱效果。
此外，為明瞭水性隔熱塗料對混凝土和鐵皮的隔熱效果，乃嘗試模擬以混凝土和鐵皮為屋
頂的建築物或工廠，在熱源持續照射下，新型水性隔熱塗料對其的隔熱效果。本實驗以目前蓋
造鐵皮屋的材料－厚度0.6mm 的鍍鋅鐵皮為基材，另依一般市售混凝土的製程配方，以水泥
與砂重量比1：3，添加適量的水與小碎石，製得厚度約2cm 的混凝土塊。為持續供應熱能，
且能於短時間內得知塗料的隔熱效果，本實驗選用General Electric Company 製造的熱燈(heat
lamp 250)，功率達250W。由於燈光照射在混凝土和鐵皮表面，產生的熱能很容易藉由基材本
身傳導至基材背面，再經由熱對流作用，傳至周圍的大氣中，或是由厚度面傳至相鄰空氣，導
致無法量測穩定的溫度，因此考量以長寬各為25cm 和23cm 的保麗龍盒，使鐵皮和混凝土的
尺寸符合保麗龍盒大小。鍍鋅鐵皮和混凝土塊表面分別塗布薄薄一層的新型水性隔熱塗料，
約50 與60 公克，在室溫下靜置一週，待塗料完全硬化後，鍍鋅鐵皮與混凝土塊的塗層表面及
其背面分別以膠帶固定數位式測溫器的探針，將其置於保麗龍盒上，再用膠帶密封四周，避免
熱量從基材與保麗龍盒的縫隙間逸散。其中為防止燈光直接照射探針，導致量測溫度非為塗層
受熱所得溫度，乃以白色遮蔽物覆蓋探針的光照面，確保探針所測溫度為塗層光照受熱後，藉
由熱傳導而得。以繩索將熱燈吊掛在支架上，使燈源相距塗層30cm。打開電源開關，使燈光
持續照射塗層表面，此時塗層表面溫度逐漸上升，鍍鋅鐵皮與混凝土塊背面的溫度亦因熱傳而
緩步上升，直至二者溫度達到穩定，記錄此時塗層表面溫度，以及鍍鋅鐵皮與混凝土塊背面溫
度，二者之差即為該塗料與基材的隔熱效果，測試結果分別列於表三和表四。表三顯示新型水
性隔熱塗料具有優良的隔熱效果，當鍍鋅鐵板兩面的溫差為3.5℃時，兩種水性隔熱塗料配方
的溫降效果分別為10.4℃和13.5℃，隔熱效果已達雲碧霜水準( 溫降效果為11.0℃ )，甚至超越
雲碧霜水準。表四則說明新型水性隔熱塗料對於混凝土塊亦有同樣的隔熱效果，當混凝土塊兩
面的溫差為8.3℃時，兩種水性隔熱塗料配方的溫降效果分別為11.2℃和15.5℃。由於混凝土
塊厚達2cm，本身具有一定的隔熱效果，因此對新型水性隔熱塗料而言，塗覆在混凝土塊表面
的效益不如在鍍鋅鐵板。
表2　水性隔熱塗料的熱傳導係數
No.
中空玻璃珠
(wt%)
熱傳導係數 (W/mK)
複合板材(a) 隔熱塗料(b)
1 0 0.1525 0.2222
2 3(c) 0.1342 0.1174
3 2(d) 0.1257 0.0926
(a) 厚度1.8 mm的水性隔熱塗料塗層和厚度6.3 mm的
水泥纖維板組成
(b) 厚度1.8 mm
(c) 灰色中空玻璃珠
(d) 白色中空玻璃珠
鑛冶 55/2 －53－
表3 隔熱塗料塗布鍍鋅鐵板(a)的隔熱效果
No. 塗層溫度(℃) 背面溫度(℃) 溫降(℃)
3(b) 61.2 50.8 10.4
4(c) 60.9 47.4 13.5
5(d) 58.4 47.4 11.0
(a)未塗布隔熱塗料，兩面溫差為3.5℃
(b)添加2wt%白色中空玻璃珠
(c)添加4wt%白色中空玻璃珠
(d)市售隔熱材料雲碧霜
表4 隔熱塗料塗布混凝土塊(a)的隔熱效果
No. 塗層溫度(℃) 背面溫度(℃) 溫降(℃)
3(b) 64.8 53.6 11.2
4(c) 64.2 48.7 15.5
(a)未塗布隔熱塗料，兩面溫差為8.3℃
(b)添加2wt%白色中空玻璃珠
(c)添加4wt%白色中空玻璃珠
在塗布水性隔熱塗料混凝土塊的溫降測試中，熱燈照射塗層表面時，每隔10 分鐘記錄塗
層表面溫度與混凝土塊背面溫度，直至二者溫度達到穩定。隨後關閉熱燈開關，則混凝土塊背
面和塗層表面溫度開始下降，每隔10 分鐘記錄二者溫度，直至二者溫度降至室溫。以相同步
驟進行混凝土塊的溫降測試，二者結果以時間為橫座標，溫度為縱座標作圖，得到圖二∼四。
從圖二∼四得知，無論兩種新型水性隔熱塗料或單純混凝土塊，熱燈照射約180 分鐘後，混凝
土塊的表面與背面即達穩定狀態，溫度不再
有明顯上升。而關閉熱燈後，混凝土塊表面
和背面溫度迅速下降，由於背面處於密閉絕
熱空間，多數熱量需從表面逸散，因此背面
溫度較表面溫度高，但隨時間增長，二者溫
度趨近於相等。然而比較三者散熱情形，以
塗布新型水性隔熱塗料者較佳，尤以No.4 者
為甚，僅需1 小時即可回復至室溫，然而單
純混凝土塊者卻需2.5 小時，表示本研究製備
的新型水性隔熱塗料不僅具備隔熱效果，且
亦有優良的散熱效果。圖2 混凝土隔熱效果測試
表三 隔熱塗料塗布鍍鋅鐵板(a)的隔熱效果
No. 塗層溫度
(℃)
背面溫度
(℃)
溫降
(℃)
3(b) 61.2 50.8 10.4
4(c) 60.9 47.4 13.5
5(d) 58.4 47.4 11.0
(a)未塗布隔熱塗料，兩面溫差為3.5℃
(b)添加2wt%白色中空玻璃珠
(c)添加4wt%白色中空玻璃珠
(d)市售隔熱材料雲碧霜
表四 隔熱塗料塗布混凝土塊(a)的隔熱效果
No. 塗層溫度(℃) 背面溫度
(℃)
溫降
(℃)
3(b) 64.8 53.6 11.2
4(c) 64.2 48.7 15.5
(a)未塗布隔熱塗料，兩面溫差為8.3℃
(b)添加2wt%白色中空玻璃珠
(c)添加4wt%白色中空玻璃珠
在塗布水性隔熱塗料混凝土塊的溫降測試中，熱燈照射塗層表面時，每隔10 分鐘記錄塗
層表面溫度與混凝土塊背面溫度，直至二者溫度達到穩定。隨後關閉熱燈開關，則混凝土塊
背面和塗層表面溫度開始下降，每隔10 分鐘記錄二者溫度，直至二者溫度降至室溫。以相同
步驟進行混凝土塊的溫降測試，二者結果以時間為橫座標，溫度為縱座標作圖，得到圖二～
四。從圖二～四得知，無論兩種新型水性隔熱塗料或單純混凝土塊，熱燈照射約180 分鐘後，
混凝土塊的表面與背面即達穩定狀態，溫度不再有明顯上升。而關閉熱燈後，混凝土塊表面
和背面溫度迅速下降，由於背面處於密閉絕熱空間，多數熱量需從表面逸散，因此背面溫度
較表面溫度高，但隨時間增長，二者溫度趨近於相等。然而比較三者散熱情形，以塗布新型
水性隔熱塗料者較佳，尤以No.4 者為甚，僅需1 小時即可回復至室溫，然而單純混凝土塊者
卻需2.5 小時，表示本研究製備的新型水性隔熱塗料不僅具備隔熱效果，且亦有優良的散熱
效果。
圖二 混凝土隔熱效果測試
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熱燈照射與關閉時間(min)
混凝土表面溫度(℃)
正面
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照射階段關閉階段
圖3 表面塗布水性隔熱塗料No.3的混凝土的隔
熱效果測試
圖三 表面塗布水性隔熱塗料No.3 的混凝土的隔熱效果測試
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層表面溫度(℃)
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熱燈照射與關閉時間(min)
No.3塗層表面溫度(℃)
正面
背面
照射階段關閉階段
圖4 表面塗布水性隔熱塗料No.4的混凝土的隔
熱效果測試
圖三 表面塗布水性隔熱塗料No.3 的混凝土的隔熱效果測試
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熱燈照射與關閉時間(min)
No.4塗層表面溫度(℃)
正面
背面
圖四 表面塗布性隔熱塗料No.4 的混凝土隔熱效果測試
3.5 水性隔熱塗料的隔熱機制
為瞭解本研究製備的水性隔熱塗料的隔熱機制，乃另以碳黑取代隔熱材料，均勻塗布在
長寬各為25cm 和23cm 的混凝土塊表面，使用量約36 克。塗布後的混凝土塊在室溫下靜置
2 天，再置於上述溫降測試裝置上，測試黑體(碳黑)表面的溫度。實驗環境溫度控制在25.2±1
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熱燈照射與關閉時間(min)
No.3塗層表面溫度(℃)
正面
背面
照射階段關閉階段
照射階段關閉階段
－54－ 一○○年六月
3.5 水性隔熱塗料的隔熱機制
為瞭解本研究製備的水性隔熱塗料的隔熱機制，乃另以碳黑取代隔熱材料，均勻塗布在
長寬各為25cm 和23cm 的混凝土塊表面，使用量約36 克。塗布後的混凝土塊在室溫下靜置2
天，再置於上述溫降測試裝置上，測試黑體( 碳黑) 表面的溫度。實驗環境溫度控制在25.2±1
℃，約2.5 小時後，黑體表面溫度達到穩定狀態，此時溫度為92.9℃。根據塗料熱反射率(7) 的
計算公式：
T1T2
T2T3
其中T1：黑體表面溫度，T2：塗料表面溫度，T2：實驗環境溫度
將上述黑體、水性隔熱塗料No.3 和No.4 測得的表面溫度代入上式，分別得到水性隔熱塗
料No.3 和No.4 的反射率為71.0% 和73.6%，顯示水性隔熱塗料No.3 和No.4 的隔熱效果約有
70% 來自熱反射，不同於一般市售隔熱塗料熱反射率高達90% 以上。另測得單純混凝土塊在
相同條件照射下，其表面溫度高達77.1℃，而經塗布水性隔熱塗料後，表面溫度降至65℃左
右，表示水性隔熱塗料藉由熱反射機制，確實降低混凝土塊表面溫度。
肆、結　論
臺灣東部出產的白雲石，經過煅燒處理後，成為具多孔性的輕燒白雲石，為一種優良的隔
熱材料。若以戶外建築塗料常用的丙烯酸樹脂為結合劑，添加分散劑、消泡劑和成膜助劑等
添加劑，以及二氧化鈦、輕燒白雲石和中空玻璃珠等填料，可製得以阻隔為主的新型水性塗
料，該塗料符合一般塗料基本性能：附著性佳、耐洗淨性優( 耐洗刷2000 次) 和耐候性佳( 抗
UV2000hr)，且分別塗布於鍍鋅鐵皮和混凝土塊兩種基材表面，基材背面溫度分別下降13.5℃
和15.5℃，顯示其具備優異的隔熱效果。進一步分析其可能的隔熱機制，發現熱反射率僅約
70%，證明新型水性隔熱塗料的隔熱機制為阻隔與熱反射混合型態，不同於一般市售隔熱塗料
屬於熱反射型。
致謝　本研究承蒙經濟部工業局98 年度S09800054-481「協助傳統產業技術開發計畫－白雲
石環保隔熱塗料開發」計畫的經費補助，得以順利完成。
伍、參考文獻
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夌 World Architectural Paints，The Freedonia Group (2008)。
奅 綠色建材技術發展趨勢，綠色高分子材料產業技術發展策略透視第五章pp. 19-20，工研院產業經濟與資訊服務中心
(2006)。
妵 Clauser, C., Huenges, E., Thermal Conductivity of Rock and Minerals In AGU Reference Shelf 3 Rock Physics and Phase
Relations. A Handbook of Physical Constants. pp. 105-125 (1995)
妺 張家銘，以熱探針法量測大地材料熱傳導係數之適用性，中央大學土木研究所碩士論文，p. 89 (2006)
姏 史金東，金屬鎂廠回轉窯節能降耗的途徑分析，輕金屬，10, pp. 54-58 (2007)
姎 劉杰，李翔，魏剛，水性太陽熱反射隔熱塗料的研究，北京化工大學學報( 自然科學版)，36(1), pp. 44-49 (2009)。