CN109207003B - 一种路用全频谱太阳光谱反射降温涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种路用全频谱太阳光谱反射降温涂料及其制备，该涂料包括以下重量份的原料：有机硅丙乳液30～60份；功能型填料20～50份；无水乙醇5～10份；添加剂1～5份；成膜助剂5～10份。制备时，先将有机硅丙乳液和二分之一的无水乙醇混合，得到成膜基料溶液，然后在成膜基料溶液中加入功能型填料，高速搅拌均匀，得到初混溶液；再依次加入剩余二分之一无水乙醇、添加剂和成膜助剂，然后高速搅拌，得到路用全频谱太阳光谱反射降温涂料。与现有技术相比，本发明可以从全频谱光学角度提高涂层的太阳光谱反射率，应用于路面时，减少路面热吸收，从而达到反射不同波段太阳光，降低路面温度的效果。

Description

一种路用全频谱太阳光谱反射降温涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程用建筑材料与技术领域，具体涉及一种路用全频谱太阳光谱反射降温涂层及其制备方法。
背景技术
由于具有良好的施工与维修便宜性、较好的行车舒适度和相对经济性甚至相对美观，黑色沥青路面在所有路面类型中占有很大比重，包括高速公路和城市道路，国内大部分地区都超过90％的比重。黑色沥青路面由于具有很高的太阳辐射吸收率(0.9以上，反射率0.1以下)，而产生较高的路面温度。通过不同途径提高路面材料的光学反射可以有效的降低路面温度，解决路面高温引发的上述路面损坏及相关环境问题。路面的太阳辐射总反射率每增加0.1，高温季节路面温度可以有效降低6℃。
目前常用的方法是提高路面材料的总反射率，并未区分紫外线、可见光和红外线的不同影响。但过高的反射率，尤其是可见光和紫外线的反射率的过度提高，会容易引起行人和车辆驾驶人员的眩光，并增加在强光刺激下行人眼类疾病和皮肤癌的风险。因此，增强路面材料红外线波段的反射率、而避免过度增加可见光和紫外线波段的反射率的更加科学的方式将成为必然。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种降温效果好的路用全频谱太阳光谱反射降温涂层及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种路用全频谱太阳光谱反射降温涂料，该涂料包括以下重量份的原料：
Figure BDA0001737576350000011
Figure BDA0001737576350000021
材料对太阳光辐射的响应包括吸收、反射、透过。即吸收率、反射率、透过率之和为1，当透过率接近为0时，吸收率和反射率之和为1。要达到降温的效果，需要尽大程度减小吸收率，提高对太阳光的反射率。按照波长，太阳光辐射可以分为三个部分：波长0.28μm-0.4μm的为紫外光，0.40μm-0.72μm的为可见光，波长0.72μm-2.50μm的为近红外光。其中，可见光和红外光占总太阳辐射的93％。因此，提高反射率主要是提高这两部分的反射率。然而，应用于道路表面的反射涂层，过度提高可见光的反射率会导致眩光。因此，考虑采用非白色的近红外光反射率较高的材料提高反射率。
涂层主要由主要成膜物质、功能型颜填料、辅助成膜物质组成。其中，主要成膜物质包括树脂、水性乳液等。由于树脂类涂层含有有机挥发性化合物(VOC)，会对环境和人体造成一定的损害，且树脂类容易产生老化，因此，采用对环境污染小、施工方便、价格低廉的水性乳液。同时，采用有机硅改性，提高乳液的耐污性和耐老化性。
功能型颜填料是涂层中起反射作用最重要的一部分。填料的折射率越大，其分散度越大，反射能力越强。因此，采用折光系数2.72的二氧化钛作为填料。同时，为得到非白色的彩色涂层，采用遮盖率高的中铬黄作为颜料。一方面，可以呈现彩色，另一方面，由于铬元素的存在，可以提高近红外光部分的反射率。
辅助类成膜物质包括一系列助剂，虽然其在涂层中占有比例较低，但可以避免涂层的缺陷。水性消泡可以渗透到表面活性物质中，降低表面张力，破坏薄层稳定，达到消泡的目的。聚羧酸钠盐类分散剂可以提高颜料在基料乳液中的润湿性，使其快速、均匀、充分地分散到其中。聚氨酯类流平剂可以增加覆盖性，保证成膜均匀。
优选的，所述的功能型填料包括粒径为600nm～1500nm的金红石型纳米级二氧化钛粉末以及平均粒径为45微米的中铬黄。
优选的，所述的添加剂包括水性消泡剂、聚氨酯类流平剂和聚羧酸钠盐类分散剂，所述水性消泡剂、聚氨酯类流平剂和聚羧酸钠盐类分散剂的质量比为1～2:1:1。
优选的，所述的聚羧酸钠盐类分散剂为SN 5040聚羧酸钠盐类分散剂，所述聚氨酯类流平剂为RM 2020型水性流平剂，所述水性消泡剂为S-10型水性消泡剂。
优选的，所述的成膜助剂为酯醇12Texanol型成膜助剂。
一种如上所述路用全频谱太阳光谱反射降温涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机硅丙乳液和二分之一的无水乙醇混合，得到成膜基料溶液，然后在成膜基料溶液中加入功能型填料，高速搅拌均匀，得到初混溶液；
(2)在步骤(1)所得初混溶液中依次加入剩余二分之一无水乙醇、添加剂和成膜助剂，然后高速搅拌，得到路用全频谱太阳光谱反射降温涂料。
通过分步混合，初混溶液中功能型填料能够均匀地分散于基料中，之后通过成膜助剂的加入，改善涂层性能，达到较好的成膜效果。
所述高速搅拌的转速为150～200转/min，得到初混溶液时高速搅拌的时间为10～15min，得到路用全频谱太阳光谱反射降温涂料时高速搅拌的时间为15～30min。
使用时，将以上涂料涂布于路面材料表面并常温固化，得到全频谱反射太阳光的降温式涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：可以从全频谱光学角度提高涂层的太阳光谱反射率，应用于路面时，减少路面热吸收，从而达到反射不同波段太阳光，降低路面温度的效果。
附图说明
图1为本发明不同全频谱太阳光反射彩色涂层的反射太阳光谱图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
有机硅丙乳液质量百分比为50％，功能型颜填料质量百分比为40％，无水乙醇质量百分比为5％，添加剂(水性消泡剂、聚氨酯类流平剂、聚羧酸钠盐类分散剂)质量百分比为5％。
所述的功能型颜填料由二氧化钛和中铬黄1：1混合而成。
所述的添加剂由水性消泡剂、聚氨酯类流平剂、聚羧酸钠盐类分散剂1：1：1混合而成。
具体制备过程如下：
(1)将水性消泡剂、聚氨酯类流平剂、聚羧酸钠盐类分散剂1：1：1混合。
(2)将有机硅丙乳液和1/2无水乙醇搅拌混合制备得到成膜基料溶液。
(3)将功能型颜填料按比例混合后加入上述溶液中高速搅拌(转速150-200转/min)10-15分钟。
(4)加入剩余1/2无水乙醇及一开始制备的添加剂(水性消泡剂、聚氨酯类流平剂、聚羧酸钠盐类分散剂)及成膜助剂，采用高速搅拌机搅拌15-30分钟(转速150-200转/min)。制得彩色所需涂料。
(5)将以上涂料涂布于路面材料表面并常温固化，得到全频谱反射太阳光的降温式涂层。
实施例2
采用与实施例1相同的制备方法，不同之处在于：所述的功能型颜填料由二氧化钛和中铬黄5：2混合而成，水性消泡剂、聚氨酯类流平剂、聚羧酸钠盐类分散剂2：1：1混合。
实施例3
采用与实施例1相同的制备方法，不同之处在于：所述的功能型颜填料由二氧化钛和中铬黄5：1混合而成，水性消泡剂、聚氨酯类流平剂、聚羧酸钠盐类分散剂1.5：1：1混合。
实施例4
采用与实施例1相同的制备方法，不同之处在于：所述的功能型颜填料全部由二氧化钛组成，水性消泡剂、聚氨酯类流平剂、聚羧酸钠盐类分散剂1.2：1：1混合。
针对实施例1～实施例4，采用室内紫外-可见-近红外光分光光度计进行总反射率及分波段近红外光反射率。
具体方法为制备得到涂料后，将涂层涂布于5cm边长的亚克力板，涂层厚度控制于100微米左右，待涂层干燥成膜后，作为待测样板。采用入射光角度8°，采用全频谱分光光度计进行反射光谱及分波段反射率的测试。具体测试结果如图1和表1所示。
表1.总反射率及分波段近红外光反射率
Figure BDA0001737576350000051
上述数据说明铬元素的加入明显提高了近红外反射率。
由表1和图1可以看出，铬元素的加入明显提高了近红外反射率，能够在较低的可见光反射率的条件下，达到降温的目的，即形成不产生眩光的降温涂层。
针对实施例1～实施例4，采用室外热红外成像仪进行温度测试。实验条件：辐射率0.95，中等风速，室外温度为30℃。具体测试结果如表2所示。
表2.涂层降温性能测试结果
Figure BDA0001737576350000052
从中可以发现，随着铬元素的含量增加，温度逐渐降低。

Claims (4)

1.一种路用全频谱太阳光谱反射降温涂料，其特征在于，该涂料由以下重量份的原料组成：
Figure FDA0002939080070000011
所述的功能型填料包括粒径为600nm～1500nm的金红石型纳米级二氧化钛粉末以及平均粒径为45微米的中铬黄，采用折光系数2.72的二氧化钛作为填料，同时采用遮盖率高的中铬黄作为颜料；
所述的添加剂包括水性消泡剂、聚氨酯类流平剂和聚羧酸钠盐类分散剂，所述水性消泡剂、聚氨酯类流平剂和聚羧酸钠盐类分散剂的质量比为1～2:1:1；
所述的聚羧酸钠盐类分散剂为SN 5040聚羧酸钠盐类分散剂，所述聚氨酯类流平剂为RM 2020型水性流平剂，所述水性消泡剂为S-10型水性消泡剂。
2.根据权利要求1所述的一种路用全频谱太阳光谱反射降温涂料，其特征在于，所述的成膜助剂为酯醇12Texanol型成膜助剂。
3.一种如权利要求1或2所 述路用全频谱太阳光谱反射降温涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将有机硅丙乳液和二分之一的无水乙醇混合，得到成膜基料溶液，然后在成膜基料溶液中加入功能型填料，高速搅拌均匀，得到初混溶液；
(2)在步骤(1)所得初混溶液中依次加入剩余二分之一无水乙醇、添加剂和成膜助剂，然后高速搅拌，得到路用全频谱太阳光谱反射降温涂料。
4.根据权利要求3所述的一种路用全频谱太阳光谱反射降温涂料的制备方法，其特征在于，所述高速搅拌的转速为150～200转/min，得到初混溶液时高速搅拌的时间为10～15min，得到路用全频谱太阳光谱反射降温涂料时高速搅拌的时间为15～30min。
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