红外反射色浆应用于冷涂料

红外反射色浆应用于冷涂料

随着人们对大城市热岛效应的关注以及降低能耗需求，人们越来越关注能够反射红外线以减少热量积聚材料的色浆。此外许多国家开始制定法规，要求通过使用“冷”涂料来减少能源的消耗。为了满足这些新的要求，涂料配方设计师正在寻找原材料来支持他们的研发。

我们知道太阳光是红外线能量的主要来源。当这些光波被任何户外表面所吸收时，表面会变得越来越热。在黑色的表面，更是会热得足以让皮肤灼伤。在夏天烈日炎炎的高气温时段内，黑色的柏油马路很热，因为深色表面不能把来自太阳红外线的能量反射出去。此外，这种效应也会导致深色屋顶建筑物的室温升高。在不配置空调的建筑物内，室内温度过高可能会导致危险。而使用空调降低室内温度则会增加成本。

在涂料中使用红外反射颜料是将涂层表面的红外线能量反射到大气中的一种方法。这能够降低表面温度。虽然屋顶涂料正是这些色浆的用武之地，其实红外反射色浆应用于其它领域也将有益于人类和环境。本文概述了红外反射色浆的技术和用途。

太阳总辐射

太阳辐射能中包括约3%的紫外线（UV）、44%的可见光线和53%的红外线。来自紫外线的能量大部分都被大气层吸收。另外，大气层散射大量的可见光中的蓝色光波，这就是天空为什么会呈现蓝色的原因。然而，红外光的大部分能量会到达地球表面，红外光会产生热量。近红外光（约700-2500纳米）包含了太阳光产生的大部分热能。图1给出太阳辐射光谱图，包括大气上界的太阳辐射，以及在地球表面的太阳辐射中紫外线、可见光和红外线能量的分布。

通常在白天地球吸收太阳辐射能，夜间以辐射形式传送回太空。到达地球大气层中的太阳辐射能中，大约有23%被大气吸收、31%辐射回太空、46%被地球表面吸收。地球表面会把吸收的太阳辐射能辐射回太空，通过长波辐射，潜热和显热等热交换形式。

当输入和输出的辐射处于平衡状态时，地球表面的整体温度没有变化。然而由于地球表面被吸热材料如黑屋顶、涂覆涂层的混凝土、沥青或其它深色表面覆盖，输入和输出的辐射能量平衡就可能发生改变。

抵消吸收的红外光辐射

为了抵消吸收的红外光辐射的影响，涂层会将红外线从涂覆的表面反射回大气中。红外反射涂层可以使用各种颜料、金属（如铝）或其它原材料配制，以形成一个红外反射屏障层。这些原材料会反射产生热量多的近红外区光谱。由于反射了这些红外线，涂覆红外反射涂料的表面与使用传统涂料的表面相比会具有较低的温度。

了解这个概念是如何发挥作用的一种方法是考虑白色为什么会出现在可见光区。因为白色反射可见光谱中的所有波长，所以颜色在人的眼中会呈现白色。事实上，钛白粉，这是大多数白色涂料中使用的一种原材料，能反射红外线辐射及可见光辐射。相反，不能反射可见光的材料会显示为黑色。炭黑也吸收大部分的红外光波长，因此变得比其它大多数颜色更热。如果我们能够看到材料在红外光波长范围内显现的颜色，能够反射所有红外光波长的涂层也会呈现白色。图3描述了这种现象，通过展示用非红外反射颜料如炭黑和红外反射颜料分别配制的灰色在可见光区和红外光区的情况。

当谈到对表面进行着色时，人们渴望有更多的选择，对于许多用途来说白色涂料不适合。现在有众多着色材料能提供宽范围的颜色以及反射红外光波长。这些材料已经由Chromaflo Technologies配制成液体分散体，从而易于被涂料配方设计师使用。

使用红外光反射色浆的颜色选择

当确定颜色选项以及红外反射系数时，需要考虑材料的总太阳能反射率（TSR）。TSR是从材料表面反射掉的太阳辐射能，以百分比表示。在较高的TSR值时，表面将吸收较少的太阳辐射能，从而表面温度较低。温度的变化以度来衡量，被称为Heat Build（热量积聚）。白色涂料的TSR值约为75%。其原因是由于二氧化钛能将大约700-1300纳米之间的红外线反射掉90%以上，能将约2500纳米的波长反射掉约30%。炭黑涂层的TSR值约为5-10%。涂料中使用的着色材料的TSR值的范围约为25%〜70%。将任何红外反射色浆混合会改变纯色浆的TSR值。因此，对于终确定颜色的目标TSR值，色浆的正确选择对于特定颜色空间非常重要。

目前该技术已用于屋顶涂料、建筑外墙涂料，木器（门窗）涂料。这些应用的目的往往注重于降低建筑物表面吸收的热，以努力降低用于冷却建筑物内部空间和保护基材免受高温影响的能耗成本。这些技术也将适用其它表面涂层，如户外罐体、游乐场设备、游泳池甲板、混凝土表面、汽车内饰件和主题公园等使用的涂层。总之，任何能够从降低表面温度受益的户外表面涂层都将成为红外反射涂层的应用场合。

溶剂型和水性配方

专门设计的溶剂型和水性红外线反射色浆与涂料具有广泛的相容性。溶剂型红外反射色浆的一个示例是Spartacryl PM®系列，它可以配制为涂料配方设计师提供的通用色浆体系，用于大多数溶剂型工业涂料的着色和完全着色。还有一种Chroma-CHEM® 846 的溶剂型低VOC色浆。这些颜料能提供宽的颜色空间、优异的耐久性、耐光性和耐化学品性，分散在一种独特专有的丙烯酸树脂基料中，该树脂可以提供极好的润湿性和分散性。所使用的溶剂是专有的酯类和丙二醇单甲醚醋酸酯的可变混合物。

水性红外反射色浆的示例是Chroma-Chem50-990系列和897系列。前者是低VOC的颜料分散体，是由精细研磨的颜料分散在水、添加剂和一种独特的低VOC漆基中的共混物组成。该组合得到的色浆和水性产品具有广泛的兼容性。为了更好地满足当前VOC法规的要求，这些色浆不含任何添加的挥发性有机化合物，并且不含二醇。897产品是高着色强度的低VOC色浆，设计用于各种水性工业涂料。这些颜料能够提供优异的耐久性、耐光性、耐化学品性，并且不含APE。