CN104212277A - 彩色太阳热反射降温涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种彩色太阳热反射降温涂料及其制备方法，涂料采用水性丙烯酸乳液作为成膜基料，抗老化性能好，户外使用寿命长，无毒环保，具有优良的耐玷污性、耐碱性和耐水性，对混凝土、金属、木材、玻璃等基材均有很好的附着力；添加具有很强近红外反射或透射性能的彩色功能颜料，辅以多种体质颜料及助剂，且制作简单，成本低廉，且对环境友好。相对于常用的彩色涂料，彩色热反射降温涂料具有更好的近红外反射或透射性能，满足最新建筑工业行业标准要求；在夏季时能显著降低混凝土、金属以及木材等被涂敷物的表面及内部温度，可广泛应用于建筑屋顶和外墙，美化被涂敷建筑物的同时起到理想的节能降温效果。

Description

彩色太阳热反射降温涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种彩色太阳热反射降温涂料及其制备方法，特别是以水性丙烯酸乳液为成膜基料的一种彩色太阳热反射降温涂料及其制备方法。

背景技术

白色太阳热反射降温涂料具备太阳热反射率高、热发生率高和吸收率低，具有优异的降温性能，对于那些制冷需求在建筑能耗中占主导地位的地区而言，在建筑屋顶和外墙上采用白色太阳热反射降温涂料，可大幅度降低建筑物的夏季制冷能耗。比较适用于平屋顶或者坡度很小的斜坡屋顶。然而，对于具有较大坡度的斜坡屋顶和外墙来说，尽管白色涂料具有最好的降温效果，但从美学角度和视觉舒适度来看，彩色墙壁和屋顶却是首选，目前，彩色太阳热反射降温涂料市场需求量远远大于白色涂料，具有广阔的应用前景。

彩色涂料的配方一直是现有技术中的技术难题，在彩色涂料的选材中，为了保护涂层材料本身和所涂敷的基层材料免受紫外线的破坏，所有的涂料需在紫外区域均有极强的吸收，同时，为了呈现出一定的色彩，其在可见光区域必须有一定的反射和吸收，由此，如何在保证涂料在可见光区或紫外区的吸收率的同时，降低对太阳光的总吸收率，使彩色涂料兼有优良的降温性能，是现有技术面临的技术难题，也是近期研究的热点。此外，现有降温涂料配方复杂、制备过程繁琐且产品抗老化性能差、户外使用寿命短、附着力差、不耐玷污性等缺点。因此，目前急需一种彩色太阳热反射降温涂料，在保证色彩观感的同时，保证产品质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了彩色太阳热反射降温涂料及其制备方法，选用在近红外区域具有较好反射率或透射率的彩色功能颜料来制备彩色降温涂料面漆，通过提高涂料在近红外区域的反射率实现其降温性能，旨在提供降温性能好、耐候性优异、施工便利的环境友好型水性丙烯酸基彩色太阳热反射降温涂料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种彩色太阳热反射降温涂料，其特征在于：其组分及重量份配比如下,

丙烯酸乳液      40～50份；

彩色功能颜料    1～5份；

体质颜料        10～30份；

助剂            0.5～5份； 

水              1～20份。

作为优选的技术方案，所述体质颜料的组分及重量份配比如下,

滑石粉            5～15份；

重质碳酸钙        1～2份；

硫酸钡            1～3份；

二氧化硅          5～10份。

作为进一步优选的技术方案，所述助剂的组分及重量份配比如下,其中，各组分之间可以任意配比，

分散剂            0.1～1份；

润湿剂            0.1～1份；

消泡剂            0.1～1份；

流平剂            0.1～1份；

成膜助剂          0.1～1份。

作为本发明优选的技术方案，所述丙烯酸乳液为单组分水性纯丙烯酸乳液，其固含量为45～48%，粘度为1～6 Pa·s，PH值为7.5～9.5，最低成膜温度23℃。

作为本发明优选的技术方案，所述彩色功能颜料为外墙红颜料、氧化铁红颜料、外墙橙颜料、镉橙颜料、钛镍黄颜料、钛铬黄颜料、耐晒黄颜料、氧化铁黄颜料、外墙黄颜料、铬绿颜料、钴绿颜料、酞箐绿颜料、钴蓝颜料、铬铁棕颜料或钛铬棕颜料中的一种或两种以上。所有颜料都采用业内可唯一确定的颜料，且都是可以从化学试剂商店直接购买的成品颜料。

作为本发明优选的技术方案，所述分散剂为聚丙烯酸钠盐水溶液，其固含量为45%；所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量为100%；所述消泡剂为矿物油混合物，固含量为100%；所述流平剂为非离子型疏水改姓聚氨酯流平剂，其固含量为30%；所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。

所述助剂可以是分散剂、润湿剂、消泡剂、流平剂和成膜助剂中的一种或两种以上的混合物，其含量在0.1～1份之间，不同组分之间的含量可以相同也可以不同。

本发明还提供了一种上述彩色太阳热反射降温涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一、制备彩色色浆液：将三分之一的润湿剂和分散剂用水打散制成混合液，称取彩色功能颜料加入混合液中，搅拌混匀制成彩色色浆液备用，成品的彩色色浆液中水的质量占40～48%，润湿剂和分散剂质量各占1%，彩色功能颜料的质量占40～52%；

步骤二、制备无色涂料：取适量水加入剩余全部的分散剂、润湿剂和三分之一的消泡剂搅拌混匀，之后依次加入丙烯酸乳液、全部的体质颜料和三分之一的消泡剂、全部的成膜助剂、流平剂和三分之一的消泡剂，每次加入后都进行高速搅拌使分散混匀，最后用水调节粘度；

步骤三、制备彩色涂料：按照重量配比秤取步骤一制得的彩色色浆液加入到步骤二制得的无色涂料中，彩色色浆液质量占总质量的比例是1～10%，高速搅拌分散一段时间后，加入水调节粘度，至此，彩色降温涂料制备完成。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

1、以水性纯丙烯酸乳液为成膜基料，抗老化性能好，户外使用寿命长，无毒环保。

2、选择具有较高近红外反射或透射性能的彩色光谱选择性颜料作为彩色功能颜料，在保证颜料色彩之外兼具良好的降温功效。太阳光是一种电磁波，分为可见光和不可见光，不可见光有紫外线和红外线，红外线又分近红外、中红外和远红外线。对于太阳光来说，涂料对它的反射量、吸收量和透射量与太阳光总通量的比率分别称为光反射率、光吸收率和光透过率，光吸收率越大，涂料的降温效果越差。应用于混凝土表面时，由于混凝土表面的近红外反射率较低，还需要辅之以白色的底漆以提高涂层体系的近红外反射率，使之满足相关标准要求。

本发明选用的彩色功能涂料中，氧化铁棕在可见光区域具有很强的吸收，但在近红外区域吸收强度很弱，辅以白色底漆后可以制备出红色调的棕色降温涂料；铁钛棕和锌铁铬棕为氧化金属混合物，在可见光区域具有很强的吸收，但在近红外区域其吸收强度很弱，白色底漆可以大幅提高其近红外反射率；钴铝蓝和钴铬蓝在蓝色光区域（400～500 nm）有适度的散射强度，但在其它可见光区域具有极强的吸收，在近红外区域的初始阶段吸收很低，在1200～1600 nm范围内吸收较强，在白色底漆上近红外反射率大大提高；酞箐蓝虽然是有机颜料，但其耐久性和光稳定性很好，在500～800 nm范围内具有很强的吸收，但在其它可见光区域和整个近红外区域吸收较弱，在白色底漆上，由酞箐蓝制备而成的涂料呈现蓝色，近红外反射率很高； 钴铬绿性能与钴铬蓝极为相似，通常用于军事伪装中；酞箐绿与酞箐蓝相似，但其在近红外区域的吸收较强，同样需要白色底漆以提高其近红外反射率；氧化铁红在近红外区域吸收较弱，其外观呈深红色，在白色底漆上，氧化铁红具有较高的近红外反射率；外墙红在近红外区域有较高的反射率；具有棕色调的氧化铁黄在白色底漆上也具有很高的近红外反射率；镉黄颜色亮丽，在白色底漆上具有极好的近红外反射率；钛铬黄在白色底漆上呈现橙色到黄色，具有很高的近红外反射率；钛镍黄在白色底漆上呈淡黄色，其近红外反射率较高；耐晒黄在白色底漆上呈现艳黄色和桔黄色，其近红外反射率极高；镉橙在400～600 nm范围内具有很强的吸收，但在更高的可见光和近红外区域几乎没有任何吸收，镉橙在白色底漆上呈现艳橙色，其反射率极高，近似于白色颜料；外墙橙在近红外区域具有很高的反射率。

3、施工便利，在应用于木质屋顶及外墙时，可采用底面一体设计，涂层薄，一次喷涂即可，在应用于混凝土屋顶和外墙时，辅以白色底漆可大幅提高涂料的太阳热反射率及降温效果。

4、选用最低成膜温度和玻璃化温度高的纯丙烯酸乳液使得涂料具有优良的耐玷污性、耐碱性和耐水性，对混凝土、金属、木材、玻璃等基材均有很好的附着力。

综上，选择具有较高近红外反射或透射性能的彩色光谱选择性颜料作为彩色功能颜料，提高其近红外区域的反射率是提高彩色涂料太阳热反射率和降温性能最行之有效的方法。

附图说明

图1是用外墙橙（chromophtal orange）颜料制备的橙色降温涂料太阳反射率曲线；

图2是用铁铬棕（S_Cr-Fe-brown）和钛铬棕（S_Ti-Cr-brown）颜料制备的棕色降温涂料的太阳反射率曲线；

图3是用氧化铁红（S_Fe-red）和外墙红（S_dik-red）颜料制备的红色降温涂料的太阳反射率曲线；

图4是用酞箐绿（S_Ph-green）和钴绿（S_Co-green）颜料制备的绿色降温涂料的太阳反射率曲线；

图5是用氧化铁黄（S_Fe-yellow）、外墙黄(S_Cr-yellow)、钛铬黄(S_Ti-Cr-yellow)、钛镍黄(S_Ti-Ni-yellow) 颜料制备的黄色降温涂料的太阳反射率曲线；

图6是用钴蓝（S_C0-blue）和酞箐蓝(S_Ph-blue)颜料制备的蓝色降温涂料的太阳反射率曲线。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明了，下面结合具体实施方式对本发明彩色太阳热反射降温涂料进行更详细的阐述。需要特别说明的是，本部分所描述的具体实施例只是为了解释本发明，而非为了限定本发明。

实施例一：

一种彩色太阳热反射降温涂料，其特征在于：由以下组分按重量份配比配制而成：

丙烯酸乳液      40份；

彩色功能颜料     1份；

体质颜料         10份； 

助剂             1份；

水               1份。

所述体质颜料的组分和各组分所占重量份配比为： 

滑石粉            5份；

重质碳酸钙        1份；

硫酸钡            1份；

二氧化硅          3份。

所述助剂的组分和各组分所占重量份配比为：

分散剂            0.2份；

润湿剂            0.1份；

消泡剂            0.2份；

流平剂            0.3份；

成膜助剂          0.2份。

实施例二、

一种彩色太阳热反射降温涂料，其特征在于：由以下组分按重量份配比配制而成：

丙烯酸乳液      50份；

彩色功能颜料    5份；

体质颜料        30份；

助剂            5份； 

水              10份。

所述体质颜料的组分和各组分所占重量份配比为： 

滑石粉            15份；

重质碳酸钙        2份；

硫酸钡            3份；

二氧化硅          10份。

所述助剂的组分和各组分所占重量份配比为：

分散剂            0.1～1份；

润湿剂            0.1～1份；

消泡剂            0.1～1份；

流平剂            0.1～1份；

成膜助剂          0.1～1份。

实施例三、

一种彩色太阳热反射降温涂料，其特征在于：由以下组分按重量份配比配制而成：

丙烯酸乳液      45份；

彩色功能颜料    3份；

体质颜料        20份；

助剂            3份； 

水              5份。

所述体质颜料的组分和各组分所占重量份配比为： 

滑石粉            11份；

重质碳酸钙        1.5份；

硫酸钡            1.5份；

二氧化硅          6份；

所述助剂的组分和各组分所占重量份配比为：

分散剂            0.1～1份；

润湿剂            0.1～1份；

消泡剂            0.1～1份；

流平剂            0.1～1份；

成膜助剂          0.1～1份。

其中，三个实施例中，各种助剂组分之间可以任意配比，所述丙烯酸乳液为单组分水性纯丙烯酸乳液，其固含量为45～48%，粘度为1～6 Pa·s，PH值为7.5～9.5，最低成膜温度23℃。

所述彩色功能颜料为外墙红颜料、氧化铁红颜料、外墙橙颜料、镉橙颜料、钛镍黄颜料、钛铬黄颜料、耐晒黄颜料、氧化铁黄颜料、外墙黄颜料、铬绿颜料、钴绿颜料、酞箐绿颜料、钴蓝颜料、铬铁棕颜料或钛铬棕颜料中的一种或两种以上。所有颜料都采用本领域普通技术人员可唯一确定的颜料，且都是可以从市场直接购买的成品颜料。

所述分散剂为聚丙烯酸钠盐水溶液，其固含量为45%；所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量为100%；所述消泡剂为矿物油混合物，固含量为100%；所述流平剂为非离子型疏水改姓聚氨酯流平剂，其固含量为30%；所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。

助剂可以是分散剂、润湿剂、消泡剂、流平剂和成膜助剂中的一种或两种以上的混合物，其含量在0.1～1份之间，不同组分之间的含量可以相同也可以不同。在彩色太阳热反射降温涂料应用于混凝土屋顶和外墙时，辅以白色底漆可大幅提高涂料的太阳热反射率及降温效果。

本发明还提供了一种上述彩色太阳热反射降温涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一、制备彩色色浆：取质量份为40～48%的水加入1%润湿剂和1%分散剂制成混合液，然后称取40～52%的彩色功能颜料，加入混合液中，搅拌混匀制成彩色色浆液备用；

步骤二、制备无色涂料；取适量水加入剩余全部的分散剂、润湿剂和三分之一的消泡剂搅拌混匀，之后依次加入丙烯酸乳液、全部的体质颜料和三分之一的消泡剂、全部的成膜助剂、流平剂和三分之一的消泡剂，每次加入后都进行高速搅拌使分散混匀，最后用水调节粘度；

步骤三、制备彩色涂料：按照重量配比秤取步骤一制得的彩色色浆液加入到步骤二制得的无色涂料中，高速搅拌分散一段时间后，加入水调节粘度，至此，彩色降温涂料制备完成。

此外，为进一步验证本发明彩色太阳热反射降温涂料涂的技术效果，将上述制得的彩色太阳热反射降温涂料涂敷于4×4 cm的铝合金板上，涂层厚度控制在50 μm左右，干燥成膜后作为待测样板，采用紫外～可见光～近红外分光光度计测定其光谱反射率。如图1～6所示是代表性的几种彩色太阳热反射降温涂料的光谱反射率曲线，其中图1是用外墙橙（chromophtal orange）颜料制备的橙色降温涂料太阳反射率曲线，图2是用铁铬棕（S_Cr-Fe-brown）和钛铬棕（S_Ti-Cr-brown）颜料制备的棕色降温涂料的太阳反射率曲线，图3是用氧化铁红（S_Fe-red）和外墙红（S_dik-red）颜料制备的红色降温涂料的太阳反射率曲线，图4是用酞箐绿（S_Ph-green ）和钴绿（S_Co-green）颜料制备的绿色降温涂料的太阳反射率曲线，图5是用氧化铁黄（S_Fe-yellow）、外墙黄(S_Cr-yellow)、钛铬黄(S_Ti-Cr-yellow)、钛镍黄(S_Ti-Ni-yellow) 颜料制备的黄色降温涂料的太阳反射率曲线，图6是用钴蓝（S_C0-blue）和酞箐蓝(S_Ph-blue)颜料制备的蓝色降温涂料的太阳反射率曲线；其光谱反射率、太阳热反射率和明度列于表1。

根据中华人民共和国建筑热反射隔热涂料建筑工业行业标准JG／T 235―2014的要求，合格的太阳热反射降温涂料，当其明度低于40时，其近红外反射率不低于0.4；当其明度介于40至80时，其近红外反射率不低于明度值除以100。表1中所列代表性彩色太阳热反射降温涂料的明度和近红外反射率均满足上述要求，本发明所涉及的彩色太阳热反射降温涂料均为合格的降温涂料。

Claims (9)

1.一种彩色太阳热反射降温涂料，其特征在于：其组分按重量份配比如下,

丙烯酸乳液      40～50份；

彩色功能颜料    1～5份；

体质颜料        10～30份；

助剂            0.5～5份； 

水              1～20份。

2.根据权利要求1所述的彩色太阳热反射降温涂料，其特征在于：所述体质颜料的组分及重量份配比为，

滑石粉            5～15份；

重质碳酸钙        1～2份；

硫酸钡            1～3份；

二氧化硅          5～10份。

3.根据权利要求1所述的彩色太阳热反射降温涂料，其特征在于：所述助剂的组分及重量份配比为,

 分散剂            0.1～1份；

    润湿剂            0.1～1份；

    消泡剂            0.1～1份；

    流平剂            0.1～1份；

    成膜助剂          0.1～1份。

4.根据权利要求1所述的彩色太阳热反射降温涂料，其特征在于：所述丙烯酸乳液为单组分水性纯丙烯酸乳液，其固含量为45～48%，粘度为1～6 Pa·s，PH值为7.5～9.5，最低成膜温度23℃。

5.根据权利要求1所述的彩色太阳热反射降温涂料，其特征在于：所述彩色功能颜料为外墙红、氧化铁红、外墙橙、镉橙、钛镍黄、钛铬黄、耐晒黄、氧化铁黄、外墙黄、铬绿、钴绿、酞箐绿、钴蓝、铬铁棕或钛铬棕颜料中的一种或两种以上。

6.根据权利要求3所述的彩色太阳热反射降温涂料，其特征在于：所述分散剂为聚丙烯酸钠盐水溶液，其固含量为45%。

7.根据权利要求3所述的彩色太阳热反射降温涂料，其特征在于：所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量为100%；所述消泡剂为矿物油混合物，固含量为100%。

8.根据权利要求3所述的彩色太阳热反射降温涂料，其特征在于：所述流平剂为非离子型疏水改姓聚氨酯流平剂，其固含量为30%；所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。

9.一种根据权利要求1～8任意一项所述的彩色太阳热反射降温涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一、制备彩色色浆：将三分之一的润湿剂和分散剂用水打散制成混合液，称取彩色功能颜料加入混合液中，搅拌混匀制成彩色色浆液备用，成品的彩色色浆液中水的质量占40～48%，润湿剂和分散剂质量各占1%，彩色功能颜料的质量占40～52%；

步骤二、制备无色涂料；取适量水加入剩余全部的分散剂、润湿剂和三分之一的消泡剂搅拌混匀，之后依次加入丙烯酸乳液、全部的体质颜料和三分之一的消泡剂、全部的成膜助剂、流平剂和剩余三分之一的消泡剂，每次加入后都进行高速搅拌使分散混匀，最后用水调节粘度；

步骤三、制备彩色涂料：秤取步骤一制得的彩色色浆液加入到步骤二制得的无色涂料中，彩色色浆液质量占总质量的比例是1～10%，高速搅拌分散一段时间后，加入水调节粘度，至此，彩色降温涂料制备完成。