CN112322139B

CN112322139B - 制冷涂料及其应用

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Publication number: CN112322139B
Application number: CN202011186912.4A
Authority: CN
Inventors: 杨荣贵; 万容兵; 杨宇龙; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: Ningbo Ruiling New Energy Materials Research Institute Co ltd; Ningbo Ruiling New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Ningbo Ruiling New Energy Materials Research Institute Co ltd; Ningbo Ruiling New Energy Technology Co ltd
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2040-10-30
Also published as: CN112322139A

Abstract

本发明涉及一种制冷涂料及其应用，所述制冷涂料包括成膜物质以及分散于成膜物质中的第一填料、第二填料和颜料，其中，第一填料在2.5μm‑25μm的红外波段的发射率大于等于80％，第二填料的莫氏硬度大于等于6，以CIELAB值定义，颜料具有在5至15的范围内的L*值、在‑2至2的范围内的a*值、和在‑2至2的范围内的b*值，且颜料在0.78μm‑2.5μm的红外波段的反射率大于等于40％。本发明制冷涂料固化后的制冷涂层能够反射太阳光热量和以红外辐射方式通过大气窗口将热量发射至外太空，且光泽度低、表面粗糙度高，应用于沥青路面时，可使沥青路面在交通载荷下的流动变形破坏限制在毫米级范围内，保证沥青路面的使用寿命，同时，还可以有效缓解城市的“热岛效应”。

Description

制冷涂料及其应用

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，特别是涉及制冷涂料及其应用。

背景技术

当前，道路的铺装主要以沥青混合料为主，而沥青混合料对太阳光的热量吸收率可以达到85％-95％，导致沥青路面的温度要远远高于周围的环境温度，如当环境温度达到30℃-35℃时，沥青路面的温度就能达到60℃-70℃，比环境温度高出25℃左右。而沥青路面在大于55℃的高温状态下，极易在交通荷载的作用下发生流动变形破坏，降低沥青路面的使用寿命。同时，吸收大量热量后的沥青路面还会对城市道路沿线热物理环境产生不良影响，加剧城市的“热岛效应”。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够反射太阳光热量和以红外辐射方式通过大气窗口将热量发射至外太空的制冷涂料及其应用。

一种制冷涂料，包括成膜物质以及分散于所述成膜物质中的第一填料、第二填料和颜料，其中，

所述第一填料在2.5μm-25μm的红外波段的发射率大于等于80％；

所述第二填料的莫氏硬度大于等于6；

以CIELAB值定义，所述颜料具有在5至15的范围内的L*值、在-2至2的范围内的a*值和在-2至2的范围内的b*值；

且所述颜料在0.78μm-2.5μm的红外波段的反射率大于等于40％。

在其中一个实施例中，所述第一填料包括堇青石粉、陶瓷粉、氧化硅粉、氧化钇粉、硫酸钙、碳酸钙中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述第二填料包括玻璃粉、石英砂、二氧化锆粉中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述颜料包括钙钛锰氧化物。

在其中一个实施例中，所述成膜物质在所述制冷涂料中的质量百分含量为18％-30％；

及/或，所述第一填料在所述制冷涂料中的质量百分含量为10％-15％；

及/或，所述第二填料在所述制冷涂料中的质量百分含量为10％-15％；

及/或，所述颜料在所述制冷涂料中的质量百分含量为0.1％-1％。

在其中一个实施例中，所述制冷涂料还包括消光剂。

在其中一个实施例中，所述消光剂在所述制冷涂料中的质量百分含量小于等于2％。

在其中一个实施例中，所述制冷涂料还包括第三填料，所述第三填料对0.3μm-2.5μm的太阳光全波段的反射率大于等于90％。

在其中一个实施例中，所述第三填料在所述制冷涂料中的质量百分含量小于等于30％。

在其中一个实施例中，所述第三填料包括二氧化钛粉、氧化锌粉、云母粉、铝粉、硫酸钡粉、滑石粉中的至少一种。

一种如上所述制冷涂料的应用，所述制冷涂料用于在基体的表面形成制冷涂层。

在其中一个实施例中，所述基体包括沥青路面。

本发明的制冷涂料中，第一填料能够以红外辐射方式通过大气窗口将热量发射至外太空，且在0.4μm-0.78μm的可见光波段的热量吸收率低，第二填料的硬度高，有助于改善制冷涂料固化后得到的制冷涂层的表面粗糙度，且可以增加制冷涂层的漫反射和辅助提高制冷涂层的大气窗口反射率，颜料可使制冷涂料及其固化后得到的制冷涂层呈灰色、深灰色、浅灰色、黑色等深色，且在0.78μm-2.5μm的红外波段的热量吸收率低，从而，通过第一填料、第二填料和颜料的协同作用，使得制冷涂料固化后的制冷涂层具有以下优点：第一、对太阳光的反射率达到35％以上，大气窗口的发射率达到90％以上；第二、光泽度低，60°光泽仪测试光泽度仅有6GU-10GU，不会产生眩光等光污染；第三、制冷涂层呈深色，如灰色、深灰色、浅灰色、黑色等，不会影响人的视觉；第四、表面粗糙度高，防滑效果优异。

因此，采用本发明的制冷涂料于基体上形成制冷涂层后，可以有效降低基体对太阳光热量的吸收，从而可以极大的降低基体的温度。以沥青路面为例，铺装制冷涂层后最大降温幅度可达25℃，从而可使沥青路面的最高温度始终低于50℃，进而将沥青路面在交通载荷下的流动变形破坏长期限制在毫米级范围内，保证了沥青路面的使用寿命，同时，还可以有效缓解城市的“热岛效应”。另外，在沥青路面上使用该制冷涂层，摆式仪检测摆值可以达到65左右，满足路面的防滑标准，制冷涂层呈深色，且光泽度低，不会使车主、行人产生不适感，同时，当制冷涂层破损或者老化时，可以定期返修，施工方便，成本低。

具体实施方式

以下将对本发明提供的制冷涂料及其应用作进一步说明。

本发明提供的制冷涂料主要铺装于沥青路面，以降低沥青路面对太阳光热量的吸收，降低沥青路面的温度，进而将沥青路面在交通载荷下的流动变形破坏长期限制在毫米级范围内，保证沥青路面的使用寿命，同时，有效缓解城市的“热岛效应”。

所述制冷涂料包括成膜物质以及分散于所述成膜物质中的第一填料、第二填料和颜料，其中，所述第一填料在2.5μm-25μm的红外波段的发射率大于等于80％，所述第二填料的莫氏硬度大于等于6，以CIELAB值定义，所述颜料具有在5至15的范围内的L*值、在-2至2的范围内的a*值和在-2至2的范围内的b*值，且所述颜料在0.78μm-2.5μm的红外波段的反射率大于等于40％。

其中，所述成膜物质可以为本领域已知的各种热塑性树脂和/或热固性树脂中的至少一种，在一个或多个实施例中，所述成膜物质为环氧树脂，进一步为水性环氧树脂且环氧当量为300-2000，以保证制冷涂料铺装于沥青路面固化后得到的制冷涂层的柔韧性。

为了保证制冷涂料的固化后得到的制冷涂层的质量，所述成膜物质在所述制冷涂料中的质量百分含量为18％-30％。

应予说明的是，本发明的制冷涂料在使用时还可以加入固化剂，以加速制冷涂料的成膜速度，在一个或多个实施例中，所述固化剂为胺固化剂或改性胺固化剂，固化剂的用量＝胺当量/环氧当量×成膜物质的质量×100。

由于本发明使用的第一填料在2.5μm-25μm的红外波段的发射率大于等于80％，使得制冷涂料固化后得到的制冷涂层能够以红外辐射方式通过大气窗口将热量发射至外太空。为了进一步提高制冷涂料固化后得到的制冷涂层的大气窗口发射率，进一步优选所述第一填料在8μm-13μm的大气窗口波段的发射率大于等于80％。

在一个或多个实施例中，所述第一填料包括堇青石粉、陶瓷粉、氧化硅粉、氧化钇粉、硫酸钙、碳酸钙中的至少一种，所述第一填料在0.4μm-0.78μm的可见光波段的热量吸收率低，即所述第一填料在可见光波段的反射率优异。

为了保证制冷涂料的固化后得到的制冷涂层的窗口发射率，所述第一填料在所述制冷涂料中的质量百分含量为10％-15％。

高硬度的第二填料可以增加制冷涂料固化后得到的制冷涂层的表面粗糙度，防滑效果优异。同时，还可以增加制冷涂层的漫反射，防止产生眩光，采用60°光泽仪测试该制冷涂层的光泽度时，仅有6GU-10GU。

在一个或多个实施例中，所述第二填料包括玻璃粉、石英砂、二氧化锆粉中的至少一种，玻璃粉等所述第二填料还可以协助第一填料提高制冷涂层的大气窗口发射率。

为了保证制冷涂料固化后得到的制冷涂层的表面粗糙度和光泽度，所述第二填料在所述制冷涂料中的质量百分含量为10％-15％，所述第二填料的粒径为20μm-1000μm。

所述制冷涂料还可以包括有消光剂，从而可以与第二填料协同，以进一步降低制冷涂料固化后得到的制冷涂层的光泽度。在一个或多个实施例中，所述消光剂包括二氧化硅。

为了与第二填料达到较佳的协同效果，所述消光剂在所述制冷涂料中的质量百分含量小于等于2％，优选为0.5％-2％，所述消光剂的粒径为0.2μm-0.8μm。

以CIELAB值定义，通过颜料的L*值、a*值和b*值，可使制冷涂料及其固化后得到的制冷涂层呈深色，如灰色、深灰色、浅灰色、黑色等。

为了保证制冷涂料及其固化后得到的制冷涂层的颜色，所述颜料在所述制冷涂料中的质量百分含量为0.1％-1％。

钙钛锰氧化物以CIELAB值定义，其具有10.7的L*值、1.1的a*值和1.2的b*值，且其在0.78μm-2.5μm的红外波段的反射率可以达到46％，0.3μm-2.5μm的太阳光全波段的反射率可以达到24％，所以，在一个或多个实施例中，所述颜料优选为钙钛锰氧化物。当然，所述颜料也可以由红色、黄色和蓝色的荧光材料复配而成。

本发明所使用的颜料在0.78μm-2.5μm的红外波段的反射率大于等于40％，结合第一填料在0.4μm-0.78μm的可见光波段的反射率，使得制冷涂层能够反射太阳光热量。从而，通过制冷涂层对太阳光热量的反射以及以红外辐射方式通过大气窗口将热量发射至外太空，使得在基体上铺装该制冷涂料形成制冷涂层后，可以有效降低基体的温度。

当然，本发明所述制冷涂料还可以包括有第三填料，所述第三填料对0.3μm-2.5μm的太阳光全波段的反射率大于等于90％，所述第三填料在所述制冷涂料中的质量百分含量小于等于30％，优选为25％-30％，以进一步提高所述制冷涂料固化后得到的制冷涂层的全光谱反射率。

在一个或多个实施例中，所述第三填料包括二氧化钛粉、氧化锌粉、云母粉、铝粉、硫酸钡粉、滑石粉中的至少一种。

因此，本发明的制冷涂料中，通过第一填料、第二填料和颜料等组份的协同作用，使得制冷涂料固化后得到的制冷涂层对太阳光的反射率可以达到35％以上，制冷涂层的大气窗口的发射率可以达到90％以上。当增加第三填料的协同作用后，得到的制冷涂层对太阳光的反射率可以达到65％以上，制冷涂层的大气窗口的发射率可以达到93％以上。

应予说明的是，所述制冷涂料中还包括有常用的助剂，如：聚丙烯酸钠等阴离子型钠盐分散剂，丙二醇，二丙二醇丁醚等成膜助剂，聚醚硅氧烷聚合物等消泡剂，聚醚硅氧烷共聚物等脱泡剂，膨润土等防沉剂，羟苯并类聚合物等紫外吸收剂，水性聚氨酯等增稠剂以及溶剂水。

本发明还提供一种如上所述制冷涂料的应用，所述制冷涂料用于在基体的表面形成制冷涂层。在一个或多个实施例中，所述制冷涂层的厚度为5μm-300μm。从而可以有效降低基体对太阳光热量的吸收，进而极大的降低基体的温度。

当所述基体为沥青路面时，在沥青路面表面铺装该制冷涂层后摆式仪检测摆值可以达到65左右，满足路面的防滑标准，最大降温幅度可达25℃，从而可使沥青路面的最高温度始终低于50℃，进而将沥青路面在交通载荷下的流动变形破坏长期限制在毫米级范围内，轮胎荷载数量可达25万次(摆值降低到45以下)，保证了沥青路面的使用寿命，同时，还可以有效缓解城市的“热岛效应”。

另外，在沥青路面上铺装该制冷涂层，制冷涂层呈深色，且光泽度低，不会使车主、行人产生不适感，同时，当制冷涂层破损或者老化时，可以定期返修，施工方便，成本低。

应予说明的是，所述基体也可以为水泥路面、建筑物等。

以下，将通过以下具体实施例对所述制冷涂料及其应用做进一步的说明。

实施例1

该实施例制冷涂料的组成成分及其质量百分比如下：环氧当量为500的水性环氧树脂30％、钛白粉25％、陶瓷粉10％、玻璃粉15％(粒径为55μm-60μm)、钙钛锰氧化物0.2％、聚丙烯酸钠1.2％、丙二醇1％、二丙二醇丁醚1％、byk022消泡剂0.2％、tego904w脱泡剂0.2％、膨润土1％、二氧化硅2％(粒径为0.4μm-0.6μm)、紫外吸收剂1％、水性聚氨酯0.4％、水11.8％。

实施例2

该实施例制冷涂料的组成成分及其质量百分比如下：环氧当量为500的水性环氧树脂25％、钛白粉30％、陶瓷粉10％、玻璃粉15％(粒径为55μm-60μm)、钙钛锰氧化物0.2％、聚丙烯酸钠1.2％、丙二醇1％、二丙二醇丁醚1％、byk022消泡剂0.2％、tego904w脱泡剂0.2％、膨润土1％、二氧化硅2％(粒径为0.6μm-0.8μm)、紫外吸收剂1％、水性聚氨酯0.4％、水11.8％。

实施例3

该实施例制冷涂料的组成成分及其质量百分比如下：环氧当量为500的水性环氧树脂20％、钛白粉35％、陶瓷粉10％、玻璃粉15％(粒径为75μm-80μm)、钙钛锰氧化物0.5％、聚丙烯酸钠1.2％、丙二醇1％、二丙二醇丁醚1％、byk022消泡剂0.2％、tego904w脱泡剂0.2％、膨润土1％、二氧化硅2％(粒径为0.4μm-0.6μm)、紫外吸收剂1％、水性聚氨酯0.4％、水11.5％。

实施例4

该实施例制冷涂料的组成成分及其质量百分比如下：环氧当量为500的水性环氧树脂25％、钛白粉30％、陶瓷粉10％、玻璃粉15％(粒径为55μm-60μm)、钙钛锰氧化物0.2％、聚丙烯酸钠1.2％、丙二醇1％、二丙二醇丁醚1％、byk022消泡剂0.2％、tego904w脱泡剂0.2％、膨润土1％、二氧化硅1％(粒径为0.6μm-0.8μm)、紫外吸收剂1％、水性聚氨酯0.4％、水12.8％。

实施例5

该实施例制冷涂料的组成成分及其质量百分比如下：环氧当量为500的水性环氧树脂25％、钛白粉30％、陶瓷粉10％、玻璃粉15％(粒径为55μm-60μm)、钙钛锰氧化物0.2％、聚丙烯酸钠1.2％、丙二醇1％、二丙二醇丁醚1％、byk022消泡剂0.2％、tego904w脱泡剂0.2％、膨润土1％、紫外吸收剂1％、水性聚氨酯0.4％、水13.8％。

实施例6

该实施例制冷涂料的组成成分及其质量百分比如下：环氧当量为500的水性环氧树脂30％、钛白粉15％、陶瓷粉15％、玻璃粉15％(粒径为55μm-60μm)、钙钛锰氧化物0.2％、聚丙烯酸钠1.2％、丙二醇1％、二丙二醇丁醚1％、byk022消泡剂0.2％、tego904w脱泡剂0.2％、膨润土1％、二氧化硅2％(粒径为0.4μm-0.6μm)、紫外吸收剂1％、水性聚氨酯0.4％、水16.8％。

实施例7

该实施例制冷涂料的组成成分及其质量百分比如下：环氧当量为500的水性环氧树脂30％、陶瓷粉15％、玻璃粉15％(粒径为55μm-60μm)、钙钛锰氧化物1％、聚丙烯酸钠1.5％、丙二醇2％、二丙二醇丁醚1.5％、byk022消泡剂0.2％、tego904w脱泡剂0.2％、膨润土1％、二氧化硅2％(粒径为0.4μm-0.6μm)、紫外吸收剂1％、水性聚氨酯0.6％、水29％。

实施例8

该实施例制冷涂料的组成成分及其质量百分比如下：环氧当量为500的水性环氧树脂28％、钛白粉25％、堇青石粉15％、石英砂15％(粒径为55μm-60μm)、钙钛锰氧化物0.5％、聚丙烯酸钠1.2％、丙二醇1％、二丙二醇丁醚1％、byk022消泡剂0.2％、tego904w脱泡剂0.2％、膨润土1％、二氧化硅0.5％(粒径为0.4μm-0.6μm)、紫外吸收剂1％、水性聚氨酯0.4％、水10％。

实施例9

该实施例制冷涂料的组成成分及其质量百分比如下：环氧当量为500的水性环氧树脂28％、钛白粉25％、氧化钇粉15％、二氧化锆粉15％(粒径为55μm-60μm)、钙钛锰氧化物0.5％、聚丙烯酸钠1.2％、丙二醇1％、二丙二醇丁醚1％、byk022消泡剂0.2％、tego904w脱泡剂0.2％、膨润土1％、二氧化硅0.5％(粒径为0.4μm-0.6μm)、紫外吸收剂1％、水性聚氨酯0.4％、水10％。

实施例10

该实施例制冷涂料的组成成分及其质量百分比如下：环氧当量为500的水性环氧树脂28％、钛白粉30％、氧化硅粉12％、玻璃粉12％(玻璃粉的粒径为55μm-60μm)、钙钛锰氧化物0.5％、聚丙烯酸钠1.2％、丙二醇1％、二丙二醇丁醚1％、byk022消泡剂0.2％、tego904w脱泡剂0.2％、膨润土1％、二氧化硅1.5％(粒径为0.4μm-0.6μm)、紫外吸收剂1％、水性聚氨酯0.4％、水10％。

将实施例1-10的制冷涂料与胺类固化剂混合，固化剂的用量为胺当量/环氧当量*树脂质量份数*100，然后采用喷涂的方式将混合后的涂料形成于沥青板上，固化后得到厚度为100μm的制冷涂层，并进行性能测试，测试结果如表1所示。

太阳光全波段反射率的测试：以5°的入射角，用铂金埃尔默的分光光度计lambda950测定制冷涂层表面的反射率，并计算整个光谱(波长范围0.3μm-2.5μm)的平均反射率，作为制冷涂层太阳光全波段反射率的值。另外，入射角是指相对于与涂层表面垂直的直线的角度。

大气窗口发射率的测试：将制冷涂层放进Bruker Invenior的红外光谱仪中，测量波长范围为8μm-13μm波段中制冷涂层的吸收度，测量间隔为1nm。将8μm-13μm波段中制冷涂层的吸收度的平均值作为涂层的平均吸收度。大气窗口发射率等于平均吸收度。

表1

由表1可知，本发明制冷涂料固化后得到的制冷涂层有极高太阳热反射率与大气窗口发射率，应用于沥青路面时，相比吸热率高达85％-95％的沥青路面，制冷涂层的热吸收率可降低到25％-35％以下，当环境温度较高时，可使沥青路表面的最高温度不高于50℃，从而将沥青路面在交通载荷下的流动变形破坏长期限制在毫米级范围内。同时，制冷涂层的颜色深、光泽度低且表面粗糙度高，不会影响沥青路面的防滑、眩光等舒适性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种制冷涂料，其特征在于，包括成膜物质以及分散于所述成膜物质中的第一填料、第二填料和颜料，其中，

所述成膜物质在所述制冷涂料中的质量百分含量为18%-30%；

所述第一填料在2.5μm-25μm的红外波段的发射率大于等于80%，所述第一填料包括堇青石粉、陶瓷粉、氧化硅粉、氧化钇粉、硫酸钙、碳酸钙中的至少一种，所述第一填料在所述制冷涂料中的质量百分含量为10%-15%；

所述第二填料的莫氏硬度大于等于6，所述第二填料包括玻璃粉、石英砂、二氧化锆粉中的至少一种，所述第二填料在所述制冷涂料中的质量百分含量为10%-15%，所述第二填料的粒径为20μm-1000μm；

且所述颜料在0.78μm-2.5μm的红外波段的反射率大于等于40%，所述颜料在所述制冷涂料中的质量百分含量为0.1%-1%。

2.根据权利要求1所述的制冷涂料，其特征在于，所述颜料包括钙钛锰氧化物。

3.根据权利要求1所述的制冷涂料，其特征在于，所述制冷涂料还包括消光剂，所述消光剂在所述制冷涂料中的质量百分含量小于等于2%。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制冷涂料，其特征在于，所述制冷涂料还包括第三填料，所述第三填料对0.3μm-2.5μm的太阳光全波段的反射率大于等于90%。

5.根据权利要求4所述的制冷涂料，其特征在于，所述第三填料在所述制冷涂料中的质量百分含量小于等于30%，所述第三填料包括二氧化钛粉、氧化锌粉、云母粉、铝粉、硫酸钡粉、滑石粉中的至少一种。

6.一种如权利要求1-5任一项所述制冷涂料的应用，其特征在于，所述制冷涂料用于在基体的表面形成制冷涂层。

7.根据权利要求6所述的制冷涂料的应用，其特征在于，所述基体包括沥青路面。