彩色反射隔熱質(zhì)感涂料探討

顧勤英 （上海大通涂料化工有限公司，上海 200233）

彩色反射隔熱質(zhì)感涂料探討

顧勤英 （上海大通涂料化工有限公司，上海 200233）

介紹了反射隔熱涂料的作用機理，以及彩色反射隔熱質(zhì)感涂料原材料的選擇。列舉了該涂層的熱工指標和實際應用的檢測結(jié)果，并與普通質(zhì)感涂層進行了比較。

彩色反射隔熱質(zhì)感涂料；明度值；太陽光反射比；近紅外反射比；半球發(fā)射率

0 引言

太陽能是人類生存和生活的必備條件，獲得的主要途徑是太陽輻射，但有時候太陽輻射也給人類的生活帶來諸多不便并造成物資損失。在城市地區(qū)，黑色瀝青路面與柏油屋頂?shù)葧諄碜蕴柕臒崃?，形成所謂的“熱島”效應，使城市溫度比農(nóng)村地區(qū)高出約 1～3℃。當前經(jīng)濟和環(huán)境的壓力又重新燃起了人們對反射隔熱涂料以及城市熱島效應問題的關(guān)注。

反射隔熱涂料在夏季可以起到顯著的降溫效果，從而降低室內(nèi)空調(diào)能耗。常見的建筑反射隔熱涂料多是表面平整的白色或淺色涂料。但在實際應用中，淺色或白色涂膜存在耐沾污性差、耐候性差、光污染等缺點，在戶外使用一段時間后，會因為涂膜表面變臟、變色而導致熱反射性能大大下降。此外，淺色或白色涂料色彩單調(diào)，不能滿足建筑裝飾多樣化的要求。目前，質(zhì)感涂料（真石漆和多彩涂料）在建筑上的使用已經(jīng)非常廣泛，基本上占到外墻建筑涂料市場的50%，因而研制彩色反射隔熱質(zhì)感涂料意義重大，符合目前提倡的環(huán)保、節(jié)能需求，同時具有優(yōu)異的裝飾效果。

1 反射隔熱涂料作用機理

涂覆反射隔熱涂料是提高外墻和屋面隔熱性能最簡便、有效的方式，因為它可以提高建筑物表層的反射比和發(fā)射率。根據(jù)太陽光輻射能量光線的組成情況，將可見光反射比和近紅外光反射比最大化，即可最大限度地提高建筑反射隔熱涂料的性能。涂膜的全反射率越高，反射的太陽輻射熱量就越多，而吸收的太陽輻射熱量就越少，即向室內(nèi)傳導的熱量就越少，夏天空調(diào)負荷就越低。

大多數(shù)反射隔熱涂料為白色或淺色，尤其是含鈦白粉的白色涂料，它既反射可見光，又反射紅外光。但是根據(jù)客戶需求，彩色建筑涂料的使用率在80%以上。彩色反射隔熱涂料顏色確定后，在可見光部分的反射率就基本明確，其真正作用區(qū)域主要為紅外區(qū)，在不影響顏色的情況下，應盡可能地把紅外光反射出去。

2 彩色反射隔熱質(zhì)感涂料原材料的選擇

2.1 顏料的選擇

我們把在可見光區(qū)具有選擇吸收，即呈現(xiàn)色彩，同時在紅外區(qū)能反射紅外光的顏料稱為紅外反射顏料。金紅石型鈦白粉是目前已知的白色顏料中折射率最高（＞80%）、折光指數(shù)最高（n=2.8），且粒徑及其分布最理想的白色顏料，它是適合制備白色反射隔熱涂料的最佳顏料。它在可見光區(qū)遮蓋力好，同時也是較好的紅外反射顏料。根據(jù)物理現(xiàn)象，當鈦白粉粒徑為入射光波長的一半時，其散射效果最佳。

除金紅石型鈦白粉外，冷顏料的開發(fā)和應用是目前顏料領域的研究熱點。所謂冷顏料，通常是指具有高的太陽光反射率、耐候性良好，并且自身化學穩(wěn)定性非常優(yōu)異的一類顏料。冷顏料具有極佳的耐候性、耐溫性、化學穩(wěn)定性，此外還具備良好的環(huán)保性和耐酸堿性，適用于彩色反射隔熱涂料體系。根據(jù)美國干粉顏料制造商協(xié)會DCMA（Dry Color Manufacturers Association）的定義和分類，按照化學成分和晶體結(jié)構(gòu)，冷顏料可分為14種，其中常見的有3 種類型：金紅石型、尖晶石型和赤鐵礦型，如表1所示。

表1 冷顏料分類表Table 1 The classification table of cold pigment

2.2 填料的選擇

填料是反射隔熱涂料中的重要組成部分，它能提高涂膜的隔熱性能、力學性能、滲透性、光澤和流平性等。

選用填料時應注意，應根據(jù)其折光率與涂膜反射率的關(guān)系選用高折光率、低吸收率的填料。一般用散射率來衡量紅外反射隔熱涂層反射紅外線的能力，散射率越高，反射紅外線的能力就越強。選用高折射系數(shù)的填料和低折射系數(shù)的基料，有利于涂料對太陽光的反射。

3 反射隔熱質(zhì)感涂料的熱工指標和實際應用

3.1 熱工指標的檢測

隨著人們對反射隔熱涂料的認識和認可，針對原先以白色涂料為主的各類國標、行標的指標要求進行修正，2014年，建設部頒布的JG/T 235—2014《建筑反射隔熱涂料》已與國際標準接軌，考慮了環(huán)境對太陽光反射比的影響，又增加了新的項目——涂膜污染后的反射率（表2）。新標準雖然是針對單色的反射隔熱涂層，但對于表面不平整的質(zhì)感涂層也適用。明度值、太陽光反射比、近紅外反射比等的檢測可以采用多點檢測，取平均值的方法予以確認。

表2 JG/T 235—2014《建筑反射隔熱涂料》熱工指標Table 2 The thermotechnical index of architectural reflective thermal insulation coatings in JG/T 235—2014

目前，上海大通涂料化工有限公司已經(jīng)研制成反射隔熱質(zhì)感涂料，利用不同顏料和填料對太陽光的反射，使涂層產(chǎn)生不同花色的質(zhì)感效果，達到逼真的仿石效果，同時具有優(yōu)異的太陽光反射性能，能降低涂層表面溫度，進而降低室內(nèi)溫度。

根據(jù)質(zhì)感涂料在同一涂層上有不同的色點的特點，原來只是重復檢測3點的方式，不易確定涂層的明度值和太陽光反射比。通過反復試驗發(fā)現(xiàn)，當明度值的檢測達到一定的重復性，其平均值的誤差范圍越小。我們用同一反射隔熱質(zhì)感涂料涂覆了5塊樣板（20 cm×20 cm），每個樣板進行了10次檢測，明度值的檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 隔熱質(zhì)感涂層明度值的檢測數(shù)據(jù)Table 3 The lightness test data of reflective insulation texture coating

由表3可見：明度值經(jīng)過10次平均后，誤差分別為+1.17%、-0.44%、-0.78%、+0.76%、-0.70%，綜合來看，誤差較小。按照上述方式檢測多組反射隔熱質(zhì)感涂層后的試驗數(shù)據(jù)見表4。由表4可見：各涂層的檢測結(jié)果均滿足JG/T 235—2014標準的要求。

表4 不同顏色和花型的反射隔熱質(zhì)感涂層的熱工指標檢測結(jié)果Table 4 The thermotechnical index test results of reflective insulation texture coating with various colour and pattern

3.2 實際應用檢測

為了測試在太陽光照射下的實際數(shù)據(jù)，建造了兩幢一樣的小房子（2 m×2 m×2.2 m），在屋頂內(nèi)外側(cè)和屋內(nèi)離地1.5 m處安裝了測溫點，記錄普通質(zhì)感涂層和反射隔熱質(zhì)感涂層在不同季度、不同時間段對室內(nèi)溫度變化的影響，結(jié)果見表5和表6。

表5 2014年12月3日檢測數(shù)據(jù)*Table 5 The detection results in December 3，2014

表6 2015年7月29日檢測數(shù)據(jù)*Table 6 The detection results in July 29，2015

由表5、6可見：雖然冬季反射隔熱質(zhì)感涂層和普通質(zhì)感涂層一樣，在晴好的天氣中也會產(chǎn)生溫差，但與夏季相比，溫差只有夏季的1/4。

反射隔熱質(zhì)感涂層在日照輻射較好的情況下，有明顯的隔熱功能，夏季外表面溫差最高達到約11℃，內(nèi)表面溫差最高達到約6.0℃，對室內(nèi)溫差也有明顯的影響。

4 結(jié)語

在建筑外表面涂覆反射隔熱涂層，不僅能節(jié)能，同時因為涂層溫度的下降，涂層中的高分子基料的高溫分解得到緩解，延長了涂層本身的使用壽命。因此，研究、生產(chǎn)彩色反射隔熱質(zhì)感涂料意義重大，能同時兼顧功能性和裝飾性，適應市場發(fā)展需求，應用前景廣闊。

Discussion on the Color Reflective Insulation Texture Coatings

Gu Qinying （Shanghai Datong Coatings Chemicals Co.，Ltd.，Shanghai，200233，China）

The working mechanism of reflective insulation coatings，and the selection of raw materials of color reflective insulation texture coatings were introduced. The detection results of thermotechnical index and practical application of the coating were listed. Comparison between color reflective insulation texture coating and normal texture coating was conducted.

color reflective insulation texture coatings；lightness；solar light reflectance；near infrared reflectance；hemisphere emissivity

TQ 630.7

A

1009-1696（2016）05-0029-04

2016-02-29

顧勤英（1969—），女，華東理工大學（原華東化工學院）精細化工系本科畢業(yè)，目前從事涂料的研發(fā)工作。