CN112646427A - 一种双层结构淡橙色制冷涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双层结构淡橙色制冷涂料，属于被动制冷技术领域。包括白色荧光及辐射制冷底漆和淡橙色的面漆；所述淡橙色面漆包括35～45质量份的苯丙乳液，12～18质量份的光致发光颜料，25～30质量份的钛白粉，1～2质量份的近红外透射橙色颜料，10～15质量份的水和2～5质量份的助剂；所述制冷涂料在阳光直射下涂层表面温度明显低于周边环境气温。本发明还提供所述制冷涂料的制备和应用。本发明双层结构制冷涂料，由白色底漆和淡橙色面漆组成，白色底漆具有广谱辐射制冷和荧光制冷两种被动制冷机理，淡橙色面漆则集成了光谱辐射制冷、荧光制冷和背景反射三种制冷机制，将制冷涂料应用于建筑物表面时，其表面温度在正午阳光直射下明显低于周边环境温度，制冷效果显著。
Description
技术领域
本发明属于被动制冷技术领域，具体为一种双层结构淡橙色制冷涂料及其制备方法和应用。
背景技术
太阳热反射隔热涂料自上世纪七十年代以来已经得到广泛的研究和应用。但受制于太阳反射率通常低于90％的现状，太阳热反射隔热涂料虽然具有明显的降温效果，但其表面温度均高于周边环境气温，不具备制冷的功效。
对流传热和传导传热的客观存在使得物体表面阳光直射下低于周边环境气温的现象看似违背常规认知，但实际上，正是由于物体表面温度低于周边环境气温，才使得表面具有制冷效果，就像存在一个冷源一般，不断向周边辐射制冷。显然，低于周边环境气温的制冷比太阳热反射隔热涂料具有更好的节能效果。因此，自2014年美国科学家首次在镀银的光子辐射制冷器上首次成功观察到阳光直射下低于周边环境气温的辐射制冷现象以来，这一辐射制冷技术已成为过去几年里世界范围内最热门的前沿研究领域之一。相继出现了镀银超级辐射膜、多孔全氟共聚物膜、去木质素结构材料以及荧光及辐射制冷涂料。这些低于周边环境气温的制冷技术，其共同特征在于其表面全部为白色，因为白色具有很高的太阳反射率，能够最大限度地降低太阳热的吸收，同时，这些技术在大气窗口(8-13微米)具有很高的红外辐射率。
建筑制冷占全球总能耗的15％，是名副其实的耗能大户。当上述技术应用于建筑屋顶(尤其是坡屋顶)和墙面时，极高的太阳反射率尤其是极高的可见光反射率必然引起炫目，造成光污染。而且，屋顶及外墙全部采用耀眼的白色不符合建筑审美，很难满足业主对色彩多样性的要求。然而，常用的彩色涂层通常吸收部分可见光以呈现相应的颜色，同时还要吸收占太阳能总量52％的近红外，因此无法达到低于周边环境气温的制冷目的所需要的高太阳反射率。
冷颜料可以分为近红外反射颜料(如钛白粉)和近红外透射颜料两种。前者可以直接应用于任意基材上，而近红外透射颜料则需要近红外反射背景(即白色底漆)。同时，光致发光颜料在近红外区域也是透明的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双层结构淡橙色制冷涂料及其制备方法和应用，本发明制冷涂料在阳光直射下涂层表面温度明显低于周边环境气温，可以解决建筑节能领域被动制冷涂料制备复杂、制冷效果差、制备成本高等技术问题。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种双层结构淡橙色制冷涂料，包括白色荧光及辐射制冷底漆和淡橙色的面漆；所述淡橙色面漆包括35～45质量份的苯丙乳液，12～18质量份的光致发光颜料，25～30质量份的钛白粉，1～2质量份的近红外透射橙色颜料，10～15质量份的水和2～5质量份的助剂；所述制冷涂料在阳光直射下涂层表面温度明显低于周边环境气温。
上述淡橙色的面漆中，苯丙高分子乳液、光致发光颜料和近红外透射橙色颜料在近红外区域是透明的，均不影响白色荧光及辐射制冷底漆的近红外反射率，加入钛白粉则是为了冲淡近红外透射橙色颜料在可见光区域的吸收，同时增强近红外区域的反射。本发明双层结构淡橙色制冷涂料，在底漆上涂敷淡橙色面漆，可以使涂料在保持阳光直射下低于气温的制冷功能的同时具有更多的色彩选择性，扩展其应用范围。
选用白色荧光及辐射制冷底漆作为背景，目的是为了利用背景反射(散射)来增加面漆的近红外反射率，因为橙色冷颜料及光致发光颜料在近红外区域均为透明的透射颜料，面漆的近红外反射率不低于底漆的近红外反射率。钛白粉、光致发光颜料和近红外透射橙色颜料制备的淡橙色面漆，和底漆双层复合，基于背景反射、辐射制冷和荧光制冷的三重制冷机制，实现了正午阳光直射下低于周边环境气温的淡橙色制冷涂料。
进一步，所述白色荧光及辐射制冷底漆的有效太阳反射率大于等于0.94。
进一步，所述淡橙色面漆与白色底漆结合后涂层的有效太阳反射率大于等于0.95。也即整个双层结构淡橙色制冷涂料涂层的有效太阳反射率大于等于0.95。
进一步，所述白色荧光及辐射制冷底漆含有35～50质量份的疏水苯丙乳液，10～20质量份的夜光颜料，3～10质量份的硬脂酸盐，1～6质量份的滑石粉，20～30质量份的二氧化钛，3～5质量份的助剂，以及5～15质量份的水；其中助剂包括分散剂，润湿剂，消泡剂、增稠流平剂，成膜助剂中的一种或多种。本发明制冷涂料中的底漆为申请号2017111868539发明专利公开的白色荧光及辐射制冷底漆，底漆的具体成分和制备方法可以参考申请号为2017111868539的发明专利。
进一步，所述光致发光颜料为橙绿色光致发光颜料或橙色光致发光颜料中的一种或两种。橙绿色或橙色光致发光颜料可以吸收阳光中的紫外线，在激发态发出橙色的可见光，释放所吸收的太阳热，产生制冷效果。
进一步，所述近红外透射橙色颜料为镉橙、颜料橙5、颜料橙7、颜料橙13、颜料橙16、颜料橙34、颜料橙36、颜料橙43、颜料橙62、颜料橙64、颜料橙72和颜料橙73中的一种或几种。近红外透射橙色颜料遮盖力不同，在近红外区域的透射性亦不同，因此加入配方重的含量也不同，当含量超过2％时，因可见光区域反射率急剧下降，无法实现阳光直射下的制冷。
进一步，所述助剂包括分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂和成膜助剂中的一种或多种。
进一步，所述淡橙色的面漆的制备方法为将苯丙乳液、钛白粉、光致发光颜料、近红外透射橙色颜料、除增稠流平剂和成膜助剂以外的助剂和水混合后高速搅拌分散，将分散好的混合物通过真空压入研磨罐中研磨，加入增稠流平剂和成膜助剂，分散均匀即可制备出面漆。
进一步，在淡橙色的面漆的制过程中，所述高速搅拌分散的转速为900～1200转/分钟，时间为0.5～2小时；所述研磨时间为0.5～2小时。
一种双层结构淡橙色制冷涂料的制备方法，包括：
白色荧光及辐射制冷底漆的制备：将疏水苯丙乳液，夜光颜料，硬脂酸盐，滑石粉，二氧化钛，除增稠流平剂和成膜助剂以外的助剂和水混合后高速搅拌分散，向搅拌分散后的溶液中加入增稠流平剂和成膜助剂，分散均匀；
淡橙色的面漆的制备：将苯丙乳液、钛白粉、光致发光颜料、近红外透射橙色颜料、除增稠流平剂和成膜助剂以外的助剂和水混合后高速搅拌分散，将分散好的混合物通过真空压入研磨罐中研磨，加入增稠流平剂和成膜助剂，分散均匀；
将制备好的白色荧光及辐射制冷底漆涂覆在基体上，并在白色荧光及辐射制冷底漆的表面上涂覆淡橙色的面漆形成双层结构淡橙色制冷涂料。
一种双层结构淡橙色制冷涂料的应用，所述制冷涂料在工业和民用建筑、通讯基站、广场、路面、冷库、粮库、冷链运输、油气储罐领域中的应用。
所述制冷涂料在混凝土、金属、硅晶板、石材和木材基材中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明双层结构制冷涂料，由白色底漆和淡橙色面漆组成，白色底漆具有广谱辐射制冷和荧光制冷两种被动制冷机理，淡橙色面漆则集成了光谱辐射制冷、荧光制冷和背景反射三种制冷机制，将本发明制冷涂料应用于建筑物表面时，涂层呈现淡橙色的同时，其表面温度在正午阳光直射下明显低于周边环境温度，有显著的制冷效果。在满足建筑美学要求的同时具有明显的节能效果。
附图说明
图1为周边环境气温，涂覆实施例1制冷材料的屋顶表面温度，未涂覆制冷涂料的素混凝土屋顶表面温度以及太阳辐照强度；
图2为周边环境气温，涂覆实施例2制冷材料的屋顶表面温度，未涂覆制冷涂料的素混凝土屋顶表面温度以及太阳辐照强度；
图3为周边环境气温，涂覆实施例3制冷材料的屋顶表面温度，未涂覆制冷涂料的素混凝土屋顶表面温度以及太阳辐照强度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
表1实施例1-实施例3面漆配方(单位：质量份)
实施例1至实施例3中，所采用的白色荧光及辐射制冷底漆白色底漆配方一致，即：含有35质量份的疏水苯丙乳液，10质量份天蓝夜光颜料，5质量份的硬脂酸钙，5质量份的滑石粉，25质量份的二氧化钛，15质量份的水，1质量份的聚羧酸氨盐分散剂，1质量份的壬基酚聚氧乙烯醚润湿剂，1质量份的聚醚消泡剂，1质量份的聚氨酯增稠流平剂和1质量份的酯类成膜助剂。
实施例1至实施例3底漆及面漆的具体制备过程如下：
白色荧光及辐射制冷底漆的制备：将疏水苯丙乳液，天蓝夜光颜料，硬脂酸钙，滑石粉，二氧化钛，聚羧酸氨盐分散剂，壬基酚聚氧乙烯醚润湿剂，聚醚消泡剂和水混合后在1000转/分钟的转速下高速搅拌分散100分钟，向搅拌分散后的溶液中加入氨酯增稠流平剂和酯类成膜助剂，分散均匀；
淡橙色的面漆的制备：将苯丙乳液、钛白粉、光致发光颜料、近红外透射橙色颜料、聚羧酸氨盐分散剂，壬基酚聚氧乙烯醚润湿剂，聚醚消泡剂和水混合后在900转/分钟的转速下高速搅拌分散30分钟，将分散好的混合物通过真空压入研磨罐中研磨30分钟，加入聚氨酯增稠流平剂和酯类成膜助剂，分散均匀；
实施例1-3的具体检测方法如下：
将制备好的白色荧光及辐射制冷底漆和淡橙色面漆通过辊涂方式涂敷在预制混凝土搭建好的2米长×2米宽×2.2米高的模型房的屋顶和墙面进行户外实验。其中，白色荧光及辐射制冷底漆干膜厚度大于等于300微米，淡橙色面漆干膜厚度小于等于50微米。
测定制冷效果时，将测定屋顶表面温度的热电阻安装在屋顶表面中央位置，测温元件的上表面与屋顶表面平齐，然后刷上底漆和面漆。测定室内温度的热电阻悬挂在屋内中央位置，测定周边环境气温的热电阻放置在百叶箱内，百叶箱离地高度为大于等于1.5米。辐照度仪安装在没有涂敷涂料的模型房屋顶。温度和光照强度数据通过无线传输输送给电脑。
实施例1-3的检测结果：
图1为周边环境气温，涂覆实施例1制冷材料的屋顶表面温度，未涂覆制冷涂料的素混凝土屋顶表面温度以及太阳辐照强度。从图1可以看出，在平均光照强度794瓦/平米、最强光照强度1039瓦/平米的正午(10：00-14：00，下同)阳光直射下，涂层表面温度恒低于气温，中午时段屋顶涂层表面温度平均低于气温10.3℃，而未涂敷制冷涂料屋顶表面温度平均高于气温10℃。
图2为周边环境气温，涂覆实施例2制冷材料的屋顶表面温度，未涂覆制冷涂料的素混凝土屋顶表面温度以及太阳辐照强度。从图2可以看出，在平均光照强度917瓦/平米、最强光照强度972瓦/平米的正午阳光直射下，涂层表面温度恒低于气温，中午时段屋顶涂层表面温度平均低于气温12.1℃，而未涂敷制冷涂料屋顶表面温度平均高于气温13℃。
图3为周边环境气温，涂覆实施例3制冷材料的屋顶表面温度，未涂覆制冷涂料的素混凝土屋顶表面温度以及太阳辐照强度。从图3可以看出，在平均光照强度856瓦/平米、最强光照强度963瓦/平米的正午阳光直射下，涂层表面温度恒低于气温，中午时段屋顶涂层表面温度平均低于气温13.4℃，而未涂敷制冷涂料屋顶表面温度平均高于气温12℃。
由上述实施例可以得到如下结论：
1、正午阳光直射下，涂层表面温度恒低于气温；
2、中午时段屋顶涂层表面温度平均低于气温至少10.3℃，而未涂敷制冷涂料屋顶表面温度平均高于气温10℃。
综上，本发明提供的钛白粉、光致发光颜料和近红外透射橙色颜料制备淡橙色的面漆，采用双层复合的方法，基于背景反射、辐射制冷和荧光制冷的三重制冷机制，实现了正午阳光直射下低于周边环境气温的淡橙色制冷涂料，为建筑制冷提供更多的选项。制作过程容易实现，实用性强，降温效果显著，具有推广价值。在满足建筑美学要求的同时具有明显的节能效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双层结构淡橙色制冷涂料，其特征在于，包括白色荧光及辐射制冷底漆和淡橙色的面漆；所述淡橙色面漆包括35～45质量份的苯丙乳液，12～18质量份的光致发光颜料，25～30质量份的钛白粉，1～2质量份的近红外透射橙色颜料，10～15质量份的水和2～5质量份的助剂；所述制冷涂料在阳光直射下涂层表面温度明显低于周边环境气温。
2.如权利要求1所述一种双层结构淡橙色制冷涂料，其特征在于，所述白色荧光及辐射制冷底漆的有效太阳反射率大于等于0.94。
3.如权利要求1所述一种双层结构淡橙色制冷涂料，其特征在于，所述淡橙色面漆与白色底漆结合后涂层的有效太阳反射率大于等于0.95。
4.如权利要求1所述一种双层结构淡橙色制冷涂料，其特征在于，所述白色荧光及辐射制冷底漆含有35～50质量份的疏水苯丙乳液，10～20质量份的夜光颜料，3～10质量份的硬脂酸盐，1～6质量份的滑石粉，20～30质量份的二氧化钛，3～5质量份的助剂，以及5～15质量份的水；其中助剂包括分散剂，润湿剂，消泡剂，增稠流平剂，成膜助剂中的一种或多种。
5.如权利要求1所述一种双层结构淡橙色制冷涂料，其特征在于，所述光致发光颜料为橙绿色光致发光颜料或橙色光致发光颜料中的一种或两种。
6.如权利要求1所述一种双层结构淡橙色制冷涂料，其特征在于，所述近红外透射橙色颜料为镉橙、颜料橙5、颜料橙7、颜料橙13、颜料橙16、颜料橙34、颜料橙36、颜料橙43、颜料橙62、颜料橙64、颜料橙72和颜料橙73中的一种或几种。
7.如权利要求1所述一种双层结构淡橙色制冷涂料，其特征在于，所述助剂包括分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂和成膜助剂中的一种或多种。
8.如权利要求1所述一种双层结构淡橙色制冷涂料，其特征在于，所述淡橙色的面漆的制备方法为将苯丙乳液、钛白粉、光致发光颜料、近红外透射橙色颜料、除增稠流平剂和成膜助剂以外的助剂和水混合后高速搅拌分散，将分散好的混合物通过真空压入研磨罐中研磨，加入增稠流平剂和成膜助剂，分散均匀即可制备出面漆。
9.如权利要求1至8任一项所述一种双层结构淡橙色制冷涂料的制备方法，其特征在于，包括：
白色荧光及辐射制冷底漆的制备：将疏水苯丙乳液，夜光颜料，硬脂酸盐，滑石粉，二氧化钛，除增稠流平剂和成膜助剂以外的助剂和水混合后高速搅拌分散，向搅拌分散后的溶液中加入增稠流平剂和成膜助剂，分散均匀；
淡橙色的面漆的制备：将苯丙乳液、钛白粉、光致发光颜料、近红外透射橙色颜料、除增稠流平剂和成膜助剂以外的助剂和水混合后高速搅拌分散，将分散好的混合物通过真空压入研磨罐中研磨，加入增稠流平剂和成膜助剂，分散均匀；
将制备好的白色荧光及辐射制冷底漆涂覆在基体上，并在白色荧光及辐射制冷底漆的表面上涂覆淡橙色的面漆形成双层结构淡橙色制冷涂料。
10.如权利要求1至8任一项所述一种双层结构淡橙色制冷涂料的应用，所述制冷涂料在工业和民用建筑、通讯基站、广场、路面、冷库、粮库、冷链运输、油气储罐领域中的应用。
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