提高灰色涂层红外反射率的方法研究

0 前 言 灰色是建筑涂料常用的色彩,传统方法使用钛白粉和黑色颜料按比例调配灰色。灰色在可见光范围内有较强的吸收,这使提高灰色的热反射性能变得困难。因此灰色太阳热反射涂料的研究重点…

0 前 言
灰色是建筑涂料常用的色彩,传统方法使用钛白粉和黑色颜料按比例调配灰色。灰色在可见光范围内有较强的吸收,这使提高灰色的热反射性能变得困难。因此灰色太阳热反射涂料的研究重点是提高其在红外波段的反射率。高色素炭黑、氧化铁黑、铁铬黑等颜料在可见光区和红外光区都有很强的吸收。而且根据Ashwini K的理论,近红外吸收颜料与近红外反射颜料混合在一起,会使整个体系的热反射率变差。钛白粉在可见光区的反射率高于红外光区,大部分颜色在红外光区呈现出的反射率高于在可见光区的反射率。而黑色在可见光区和红外光区均呈现非常低的反射率。因此,采用红外反射颜料和高反射率的钛白粉调配具有一定太阳光反射率的灰色涂料成为可能。
本文以灰色涂层为研究对象,运用配色原理解决灰色涂层对太阳热量的强吸收问题,研制出了一种可以显著降低物体表面温度的深灰色水性涂料。每种颜色都有一个相应的补色,如果某一颜色与其补色以适当比例混合,便产生白色(光的相加混合)或灰色(颜料的相减混合)。
由补色定律可知:红色+绿色=黑色+白色=灰色测试结果表明,选择红外反射性好的颜料,通过补色原理调色制备灰色系涂料,比利用普通黑色颜料、冷颜料调色调配的灰色涂料在近红光区具有更理想的太阳光反射率。

1 试验部分
1.1 主要原材料
纯丙乳液BA-201、BA-104:东联化工;红外反射颜料Altiris 550:亨斯迈;各种颜色冷颜料:薛特;各种水性色浆:上海集丰、科莱恩;其他市售原材料:水性色浆、成膜助剂Texanol、润湿分散剂、消泡剂、增稠剂、杀菌防霉剂等。
1.2 试验方案
1.2.1 水性灰色反射涂料的制备
根据表1配方制备涂料待用。
水性灰色反射涂料基础配方
1.2.2 制板反射率测试
在60 mm×60 mm×(1.0~1.2) mm 的铝板喷涂湿膜为180~200 μm样漆,25 ℃、50%相对湿度条件下养护24 h后,喷涂相同厚度的第二道、第三道涂层。然后将测试样板在25 ℃、50%相对湿度条件下养护7d后,检测样板反射率。
1.3 灰色涂料的制备
将颜料和钛白粉制备成分散水浆,再按原料配方比例依次加入乳液、水、各种助剂,调节涂料黏度达配方要求。以Altiris 550和炭黑调配的灰色涂料样品(HR-4021)作为基础对比色样。

2 结果与讨论
2.1 用补色法、冷颜料调配灰色太阳光反射比的测定
红外反射白色颜料Altiris 550和冷颜料铁铬黑调配的灰色涂料样品(HR-402)。分别在黑白遮盖力测试纸上和铝板上制涂层,检测灰色涂层的太阳光反射率。测试结果如表2所示,涂层太阳光反射率测试结果如图1所示。
冷颜料铁铬黑调配灰色涂层太阳光反射率
冷颜料铁铬黑调配灰色涂层太阳光反射率曲线
从表2和图1中可以看出,虽然使用红外反射白色颜料Altiris 550和冷颜料铁铬黑调配的灰色涂层(HR-402)在可见光区和红外光区的反射率都比较理想,但是在红外光区的反射率却无法达到JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》中对于中明度(40<L*<80)涂层在红外光区反射率大于L*/100的要求。
2.2 补色法调配灰色的太阳光反射比测定
以红外反射白色颜料Altiris 550和炭黑调配的灰色涂料样品(HR-4021)作为基础对比色样。分别以一组无机红颜料和绿颜料、一组有机红颜料和绿颜料利用补色法调配相同色相的灰色。制板对比检测涂层的太阳光反射率。测试结果如表3所示,涂层太阳光反射率测试结果如图2所示。
不同颜料调配灰色涂层的太阳光反射率
不同颜料调配灰色涂层的太阳光反射率曲线
由表3、图2可以看出,在相同的色相的条件要求下,利用补色调色法,分别使用两组红外反射白色颜料Altiris 550和无机绿色颜料A、无机红色颜料B;红外反射白色颜料Altiris 550和有机绿色颜料C、有机红色颜料D,调配出的灰色样漆HR-4022和HR-4023,测得太阳光反射比明显高于使用Altiris550和炭黑调配的灰色涂料。特别是涂层在红外区的反射率获得明显提高。特别是灰色样漆HR-4022,在近红外区的反射比为56.71,明度值为62.4。达到了JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》中对于中明度(40<L*<80)涂层的红外光区反射率大于L*/100的要求。炭黑在太阳热反射全波段具有很高的太阳光吸收比,因此由炭黑调色制备的灰色涂料具有很低的太阳光反射率,不能用作太阳热反射涂料。选择红外反射性好的颜料,通过补色原理调色制备灰色系涂料比炭黑调色制备灰色涂料在红外波段具有更好的太阳光反射率。
2.3 补色调色法中有机颜料与无机颜料对灰色涂层太阳热反射率的影响
红外反射白色颜料Altiris 550和无机绿色颜料A、无机红色颜料B;红外反射白色颜料Altiris 550和有机绿色颜料C、有机红色颜料D,调配出的相同色相的灰色样漆HR-4022和HR-4025。对比检测涂层的明度和太阳光反射率。测试结果如表4所示,涂层太阳光反射率测试结果如图3、图4所示。
红外反射颜料和无机颜料、有机颜料补色法调配灰色涂层的太阳光反射率
红外反射颜料和无机颜料补色法调配灰色涂层的 太阳光反射率
由表4数据和太阳光反射率图可知,调配相同色相灰色涂料,使用Altiris 550和有机绿色颜料C、有机红色颜料D的样漆HR4025,比使用有Altiris 550和无机绿色颜料A、无机红色颜料B样漆HR4022,得到了更好的明度。而且HR4025和HR4022在近红外区的反射率都达到了JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》中对于中明度(40<L*<80)涂层的近红外光区反射率大于L*/100的要求,当无机颜料与无机颜料搭配,有机颜料与有机颜料搭配时混合色浆相容性好;在色彩上有机颜料较无机颜料鲜艳,这是因为有机颜料色彩鲜明纯正,着色力强,密度小;在着色力度上有机颜料比无机颜料高,无机颜料多数纯度低,色泽较暗,着色力低。在相同的色调要求下,有机颜料获得更好的明度表现。
2.4 补色调色法中冷颜料对灰色涂层太阳热反射率的影响
本文还研究了使用冷颜料,利用补色调色法调配灰色,使各样漆的色相基本相同。各样品涂层的太阳反射率测试数据如表5,涂层太阳光反射率测试结果如图5。
补色法调配不同灰色涂层的太阳光反射率
补色法调配不同灰色涂层的太阳光反射率曲线
研究发现,使用冷颜料调配的灰色涂层太阳光反射率曲线呈马鞍形,特别是在红外光区表现一般,而且红外反射率无法达到JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》中对于中明度(40<L*<80)涂层的近红外光区反射率大于L*/100 的要求。

3 结 语
(1)在相同色相要求下,使用红外反射白色颜料和冷颜料铁铬黑调配的灰色,其涂层反射力明显提高,但是红外反射率仍然无法达到JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》中对于中明度(40<L*<80)涂层的近红外光区反射率大于L*/100的要求。
(2)在相同色相要求下,利用补色法调色原理,使用红外反射白色颜料和有机颜料或无机颜料调配灰色,其涂层红外反射率可以达到JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》中对于中明度(40<L*<80)涂层的近红外光区反射率大于L*/100的要求,有效地提高了灰色涂层在红外光区的太阳光反射率。在相同色相要求下,利用补色调色法使用有机颜料调配灰色,和无机颜料调配灰色相比。有机颜料调配的灰色涂层有更好的明度表现。

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