CN1237124C - 可忽略日光吸收的涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涂料，其与传统涂料相比，在太阳光谱的非可见光区，即紫外、近红外区，具有更大的反射性能，因而吸收较少的太阳能。
Description
由于技术或美学原因而染成或涂成暗色的表面，当暴露于日光下时，依据其颜色的深度，变热至较大或较小的程度。
在我们的环境中，特别是在较小的空间中，例如在一辆车里，不管它是汽车、卡车、公共汽车甚或火车内部，由日光能引起的暗色表面的变热都是令人非常讨厌的。暗色表面变热至一个较大或较小的程度取决于其对日光吸收的程度，并且其热量以热辐射形式向内部释放。该热量必须随后通过空调系统进行抵消，而这大大增加了车辆的能量消耗。
由于技术原因车里的有些表面必须染成暗色。汽车的仪表板就是一个很好的例子。如果仪表板是浅色的，它会反射在挡风板上从而妨碍驾驶员看路。因此有必要将其染成暗色。由于该表面位于挡风板的正下方，大多暴露于太阳射线并因此变热。除了车辆令人讨厌的变热之外，暗色表面的剧烈升温自然也导致有关表面更快的材料疲劳。
由于美学原因，汽车里的皮座主要设计为暗灰色色调，通常甚至是黑色的。如果这样一辆车处于阳光下一段时间后，并且如果其皮座暴露于阳光下，它们就变得太热以至于几乎不可能坐上去。
暗色方向盘的太阳加热甚至更令人讨厌，因为它们通常不得不用徒手去接触。
通常，带窗的封闭房间内的暗色表面尤其成问题，因为这些窗户在太阳辐射的波长范围内——即从低于300nm至2500nm——是透明的。因此它们允许几乎所有的太阳能进入。相当大一部分太阳能被常用的暗色表面吸收。这些表面变热，然后根据其达到的温度，在波长为5至超过50μm的长波红外线范围内再次反射该能量。
然而，窗户在该长波红外线范围内不再是透明的，并且因此该吸收的太阳能仍然截留在室内。然而，如果能反射部分太阳能以使得这部分能量可以通过窗户返回外面，既使是暗色表面也是理想的。
在美国，住宅屋顶主要用沥青木瓦覆盖。较暗的颜色如灰色或绿色在这儿是优选的。由于太阳的位置较高——既使是在美国北部的州——以及由于通常的低绝热标准，许多太阳能被暗色屋顶截留，而这必须再次通过空调系统来抵消。
此外，与南欧使用的墙壁颜色——通常为白色——相反，美国使用的墙壁颜色是暗土色调的。与屋顶的情形相同，这也有助于房子的显著变热。
然而，在日光的紫外和近红外范围内，浅色、甚至白色的墙壁颜色也会有相当显著的日光吸收，并且因此变热显著。日光吸收尽可能少的外墙颜色——特别是在热的国家——将是理想的。
在US5,540,998中介绍了一种“隔太阳热的涂料”。其中描述了一种在近红外区具有更高日光反射的涂料配置。这里的缺点是该配置必须由二层组成，否则其将不起作用。
要求具有高日光反射的白色层作为第一层或基底层。然后将一种由彩色颜料形成的消色差的黑色颜料涂布在该层上。
这里的缺点不仅是通常要用两层以得到低日光吸收的暗色表面，而且是当暗色外层受损后，会出现一个白色层。白色表面的出现对于许多领域的使用—例如对于汽车里的暗色仪表板表面——是不能想象的，将导致整个涂层配置变得无用。
本发明的目的是提供一种涂料，其在日光光谱的不可见区——即在紫外和近红外区——比常规染料具有更高的反射，并且因此减少日光能量的吸收。
根据本发明，这一目的通过一种可忽略(negligible)日光吸收的涂料实现，其包括
a)一种粘合剂和/或粘合剂的组合，其在紫外和可见光以及近红外波长范围内——即300至2500nm——具有大于60％的透明度，并且在5至50μm的热红外波长范围内具有小于70％的透明度。
b)第一颜料，其在300至2500nm波长范围内具有大于70％的透明度，其粒度通过这样的方式选择以致其在700至1500nm的近红外波长范围内具有大于70％的反散射，并且其在5至50μm的热红外波长范围内具有大于40％的吸收。
c)第二颜料，其在400至700nm的可见光波长范围内对光谱是选择性地吸收的和/或在400至700nm的整个可见光波长范围内吸收大于50％，并且在700至1500nm的近红外波长范围内具有大于50％的透明度和在5至50μm的热红外波长范围内具有大于40％的吸收。
d)和/或第三颜料，其在400至700nm的可见光光谱区对光谱是选择性地吸收的和/或在400至700nm的整个可见光波长范围内吸收大于50％，并且其在近红外光谱区自身反射大于50％和在5至50μm的热红外波长范围内吸收大于40％。
e)用于减小粘合剂基体折射率的填料，其由粘合剂中的空心微球组成，该微球充满气体或空气和/或气泡，其颗粒和/或气泡的大小这样选择以致使其在400至700nm的可见光波长范围内具有小于70％的低反散射，使第一颜料在700至1500nm的近红外波长范围内反散射增加10％，且其在5至50μm的热红外波长范围内具有大于40％的吸收。
本发明的优点可从附属的权利要求中看出。本发明的一个优点是粘合剂选自
a)含溶剂的粘合剂类，包括丙烯酸酯类、苯乙烯丙烯酸酯类、聚乙烯类、聚苯乙烯类以及苯乙烯共聚物、醇酸树脂、饱和的与不饱和的聚酯、羟基官能性聚酯、三聚氰胺甲醛树脂、聚异氰酸酯树脂、聚氨基甲酸酯、环氧树脂、含氟聚合物以及硅酮、氯磺化聚乙烯类、氟化聚合物、氟化丙烯酸酯类共聚物、氟硅酮、增塑溶胶、PVDF及其混合物。
b)含水粘合剂类，包括醇酸树脂、聚酯、聚丙烯酸酯类、环氧化物以及环氧化物酯的水溶性粘合剂类，来自水分散体以及乳液类者，包括基于丙烯酸酯、苯乙烯丙烯酸酯、乙烯丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸酯、乙烯基吡硌烷酮醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸异丙基酯、聚氨基甲酸酯、硅酮的分散体和乳液，基于聚乙烯、聚丙烯类、Teflon、合成蜡、氟化聚合物、水溶液中的氟化丙烯酸酯类共聚物、氟硅酮及其混合物的蜡分散体。
本发明的一个优点是，该粘合剂在300至700nm的可见光波长范围内具有大于70％的透明度和在5至50μm的热红外波长范围内具有小于60％的透明度。
本发明的一个优点是，第一颜料选自无机颜料，选自金属氧化物、金属硫酸盐、金属硫化物、金属氟化物、金属硅酸盐、金属碳酸盐及其混合物。
本发明的一个优点是第一颜料选自可降解材料类，选自碳酸钙、碳酸镁、硅酸锆、氧化锆、氧化铝、天然硫酸钡及其混合物，且第一颜料的折射率大于1.5，优选大于1.7，并且第一颜料的粒度在0.9至3.1μm、特别是2μm之间。
本发明的一个优点是第二颜料选自有机颜料，选自偶氮颜料，选自单偶氮颜料、双偶氮颜料、β-萘酚颜料、萘酚AS颜料、包核偶氮颜料、苯并咪唑酮颜料、双偶氮缩合颜料、金属配合物颜料、异吲哚啉酮及异吲哚啉颜料，选自多环颜料选自酞菁颜料、喹吖啶酮颜料、苝及索兰士林系(perinone)颜料、硫靛颜料，蒽醌颜料、蒽素嘧啶颜料、黄烷士林颜料、皮蒽酮颜料、蒽垛蒽酮颜料。二噁嗪颜料、三芳基碳鎓颜料、奎酞酮颜料以及二酮基吡咯并吡咯颜料。
本发明的另一个优点是第三颜料选自无机颜料，选自金属氧化物和金属氢氧化物、特别是铁的氧化物，选自镉、铋、铬、群青以及铁蓝颜料，选自金红石以及尖晶石混合相颜料以及包核、片状的云母颜料。
本发明的一个优点是第三颜料的粒度在0.7至2.9μm之间、特别是在0.9至1.8μm之间。
本发明的一个优点是填料是由有机和/或无机材料制成的空心微球，其在300至1500nm波长范围内具有大于70％的透明度，且该空心微球的粒度在10至100μm之间、尤其是在20至40μm之间，且该空心微球有利地选自塑料和/或玻璃。
已经进一步证实挑选空心塑料微球对本发明是有利的，该微球存在于水悬浮液中并在干燥后形成空洞，且该空心微球的粒度在0.3至1μm之间。
本发明的另一个优点是该涂料在800至1100nm的近红外波长范围内的反射始终大于60％，或特别优越的是，在该波长范围内始终大于70％。
本发明的一个优点是该涂料在400至700nm的可见光波长范围内的反射小于70％、优选小于60％并特别优选小于50％。
本发明的一个特别的优点是挑选那些硬化后产生斥水表面的粘合剂。
图
图1至6表示实施例1至5中存在的色样的半球形反散射曲线，它是使用Avantes公司具有320至1100nm光谱灵敏度和其上连有一个乌布利希球的PC-plug-in分光计进行记录的。
本发明的主题用以下实施例进行详细说明。
实施例1
根据本发明的用于塑料表面的黑色颜料按照下列配方进行混合：
50.00g 含2％Clariant公司的Tylose MH 2000的水
15.00g Alberdingk公司的粘合剂U 330
15.00g Alberdingk公司的粘合剂APU 1014
05.00g Keim Additec公司的超润滑剂(ultralube)W-874
00.20g 消泡剂Byk 024
00.20g BASF公司的颜料分散剂N
35.00g Wema公司的平均粒度为2μm的硅酸锆
02.00g Akzo Nobe l公司的空心微球Expancel 416DE 20
30.00g 黑色色浆，包含：
20份BASF公司的Paliogen black L0086
80份丁基乙二醇
11份Sun Chemical公司的QWD 0108 Magenta
05.00g 水
将该颜料涂于实验室通常的黑/白颜色测试卡上，其哑铃形涂层厚度为150μm，并在400至980nm波长范围内以该颜色测试卡的黑色背景为基准进行光谱测定。
测量结果以0至100％的比例显示为图1曲线(1)的光谱反射。可清楚地看出近红外波长范围内增加的反射。
实施例1的对比实施例
一种类似于US 5,540,998中所描述颜料的消色差的黑色颜料在实验室中以如下方法进行制备：
50.00g 含2％Clariant公司的Tylose MH 2000的水
15.00g Alberdingk公司的粘合剂U 330
15.00g Alberdingk公司的粘合剂APU 1014
00.20g 消泡剂Byk 024
00.20g BASF公司的颜料分散剂N
02.50g Hoechst(现在为Clariant)公司的Hostatintred
FGR
06.00g Hoechst(现在为Clariant)公司的Hostatint
blue B2G
02.00g Hoechst(现在为Clariant)公司的Hostatint
yellow 4GX
将该颜料涂于实验室通用的黑/白颜色测试卡上，其哑铃形涂层厚度为150μm，并在400至980nm波长范围内以该颜色测试卡的黑色背景为基准进行光谱测定。
测量结果以0至100％的比例显示为图1曲线(2)的光谱反射。其在近红外波长范围内的反射明显地比按照本发明实施例1制得的黑色颜料的反射低。
实施例1的另一个对比实施例
将一种来自Weilburger Lackfabrik、被称为SenopurTeerschwarz RAL 9021的商用黑色颜料涂于通用的实验室黑/白颜色测试卡上，其哑铃形涂层厚度为150μm，并在400至980nm波长范围内以该颜色测试卡的黑色背景为基准进行光谱测定。
测量结果显示为图1曲线(3)的光谱反射。正如在可见区的光谱反射那样，近红外波长范围内的反射低于10％并且因此明显地比按照本发明实施例1制备的黑色颜料的反射低。
在太阳辐射过程中变热的比较
将相同尺寸的颜料样品附着在styropore盘上并暴露于98000Lx太阳辐射下。使用辐射温度计测定样品的温度。得到下列温度：
| 根据本发明的黑色颜料 | 54℃ |
| 消色差的黑色颜料 | 64℃ |
| Senopur Teerschwarz RAL 9021 | 67℃ |
实施例2
根据本发明的棕色颜料按照下列配方进行混合：
50.00g 含2％Clariant公司的Tylose MH 2000的水
40.00g Elf Atochem公司的Foraperle 321
00.20g 消泡剂Byk 024
00.20g BASF公司的颜料分散剂N
05.00g Heubach公司的Ecopaque red 12302
05.00g Ferro公司的PK 4047green
10.00g 美国CR Minerals公司的Diafil 525
20.00g Wema公司的平均粒度为2μm的的硅酸锆
01.50g Akzo Nobel公司的空心微球Expancel 416DE 20
将该颜料涂于实验室通用的黑/白颜色测试卡上，其哑铃形涂层厚度为150μm，并在400至980nm波长范围内以该颜色测试卡的黑色背景为基准进行光谱测定。
测量结果以0至100％的比例显示为图2曲线(1)的光谱反射。可清楚地看出近红外波长范围内增加的反射。
实施例2的对比实施例
在400至980nm波长范围内，对具有Abiquiu棕色色调的美国Sonnebom公司的商用墙壁颜料的色卡进行光谱测定。测量结果如图2曲线(2)所示。其表明红外波长范围内的反射明显比图4根据本发明的棕色颜料的反射低。当暴露于太阳辐射时，该颜料比根据本发明的棕色颜料明显变得更热。
实施例3
根据本发明的绿色颜料按照下列配方进行混合：
50.00g 含2％Clariant公司的Tylose MH 2000的水
50.00g Hoechst公司的粘合剂Mowilith DM 771
05.00g Coating Products公司的Copo蜡分散体312W
00.40g 消泡剂Byk 024
00.40g BASF公司的颜料分散剂N
25.00g Wema公司的平均粒度为2μm的硅酸锆
20.00g Aplha Calcit公司的Calcilit 16G
12.00g Ferro公司的PK 4047green
10.00g Ferro公司的PK 3080black
15.00g 水
02.00g 3M公司的空心微球S 22
使用喷漆枪将该颜料喷涂在Vedaform公司的灰色沥青木瓦上，并在400至980nm波长范围内对其进行光谱测定。
测量结果以0至100％的比例显示为图3曲线(1)的整个波长范围内的反射。可清楚地看出近红外波长范围内增加的反射。
实施例3的对比实施例
在400至980nm波长范围内，对Vedaform公司的绿色沥青木瓦进行光谱测定。测量结果如图3曲线(2)所示，作为整个波长范围内的反射。其表明近红外波长范围内明显比图3曲线(1)根据本发明的绿色颜料的反射低。当暴露于太阳辐射时，该屋顶木瓦明显地比根据本发明的染成绿色的屋顶木瓦变得更热。
实施例4
根据本发明的灰色颜料按照下列配方进行混合：
50.00g 含2％Clariant公司的Tylose MH 2000的水
30.00g Hoechst公司的Mowilith DM 611
00.30g Byk Chemie公司的消泡剂Byk 024
00.30g BASF公司的颜料分散剂N
80.00g Wema公司的硅酸锆
60.00g Rohm and Haas公司的Ropaque OP 62聚合物颜料
05.00g Coating Products公司的Copo蜡分散体312W
20.00g Solvay公司的钡白HD 80
40.00g Ferro公司的Ferro PK 0032white
01.99g Akzo Nobel公司的Expancel 461DE 20
01.70g 黑色色浆，包含：
20份BASF公司的Paliogen black L0086
80份丁基乙二醇
11份Sun Chemical公司的QWD 0108Magenta
将该颜料涂于实验室通用的黑/白颜色测试卡上，其哑铃形涂层厚度为150μm，并在300至450nm波长范围内以该颜色测试卡的黑色背景为基准进行光谱测定。测量结果如图4曲线(1)所示；根据本发明的灰色颜料在紫外波长范围内的反射超过50％—以0至100％的比例。在波长400至980nm的可见区和近红外波长范围内的光谱反射如图5曲线(1)所示。
实施例4的对比实施例
将100.00g ispo GmbH公司的、被称为“Lotusan”的商用白色墙壁颜料染成与根据本发明实施例4的颜料相同的灰色色调，使用1g基于Bayer公司商用氧化物黑的氧化物黑色色浆。然后将该颜料涂于实验室通常的黑/白颜色测试卡上，其哑铃形涂层厚度为150μm，并在300至450nm波长范围内以该颜色测试卡的黑色背景为基准进行光谱测定。测量结果如图4曲线(2)所示。由于二氧化钛的高吸收，它通常在商用颜料中用作白色颜料，经调色的商用颜料在紫外区的反射有一部分低于30％。从图5曲线(2)中可以明显看出，在720至超过980nm的近红外区灰色色调的商用墙壁颜料的反射也明显比根据本发明的灰色颜料的反射低，后者的测量结果可见图5曲线(1)。当暴露于阳光辐射时，商用墙壁颜料明显变热。
实施例5
根据本发明的另一种灰色颜料按照下列配方进行混合：
50.00g 含2％Clariant公司的Tylose MH 2000的水
30.00g Hoechst公司的粘合剂Mowilith DM 771
00.40g 消泡剂Byk 024
80.00g Nuremberg的Wema公司的硅酸锆
00.30g BASF公司的颜料分散剂N
60.00g Rohm and Haas公司的聚合物颜料OP62
09.00g Tego Chemie，Essen公司的Tego Phobe 1500
20.00g Solvay公司的钡白HD 80
40.00g Ferro公司的Ferro PK 0032white
02.00g Akzo Nobel公司的Expancel 461DE 20
01.45g Shepherd公司的蓝色颜料214
04.00g Shepherd公司的褐色颜料157
03.30g BASF公司的Paliogen black L0086
将该颜料涂于实验室通用的黑/白颜色测试卡上，其哑铃形涂层厚度为250μm，并在400至980nm波长范围内以该颜色测试卡的黑色背景为基准进行光谱测定。
测量结果显示为图6曲线(1)的整个波长范围内的光谱反射。
实施例5的对比实施例
在400至980nm波长范围内，对美国Sonneborn公司的商用外墙颜料“Drumhill Gray”的色卡进行光谱测定。测量结果如图6曲线(2)所示。表明商用灰色墙壁颜料在近红外波长范围内的反射明显比根据本发明的灰色颜料的反射低。当暴露于太阳辐射时，该颜料明显地比根据本发明的灰色颜料变得更热。
在太阳辐射过程中变热的比较
将相同尺寸的来自实施例5的颜料样品附着在styropore盘上并暴露于98000Lx太阳辐射下。使用辐射温度计测定样品的温度。得到下列温度：
| 根据本发明的灰色颜料 | 44℃ |
| 商用的“Drumhill Gray” | 58℃ |
Claims (19)
1.一种可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：
a)一种粘合剂和/或粘合剂的组合，其在紫外和可见光以及近红外波长范围内——即300至2500nm——具有大于60％的透明度，并且在5至50μm的热红外波长范围内具有小于70％的透明度。
b)第一颜料，其在300至2500nm波长范围内具有大于70％的透明度，其粒度通过这样的方式选择，以致其在700至1500nm的近红外波长范围内具有大于70％的反散射，并且其在5至50μm的热红外波长范围内具有大于40％的吸收。
c)第二颜料，其在400至700nm的可见光波长范围内对光谱是选择性吸收的和/或在400至700nm的整个可见光波长范围内吸收大于50％，并且其在700至1500nm的近红外波长范围内具有大于50％的透明度和在5至50μm的热红外波长范围内具有大于40％的吸收。
d)和/或第三颜料，其在400至700nm的可见光光谱区对光谱是选择性吸收的和/或在400至700nm的整个可见光波长范围内吸收大于50％，并且其在近红外光谱区自身反射大于50％和在5至50μm的热红外波长范围内吸收大于40％。
e)用于减小粘合剂基体折射率的填料，其由粘合剂中的空心微球组成，该微球充有气体或空气和/或气泡，其颗粒和/或气泡的大小这样选择以致使其在400至700nm的可见光波长范围内具有小于70％的低反散射，使第一颜料在700至1500nm的近红外波长范围内反散射增加10％，且其在5至50μm的热红外波长范围内具有大于40％的吸收。
2.一种根据权利要求1的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：粘合剂选自
a)含溶剂的粘合剂类，包括丙烯酸酯类、苯乙烯丙烯酸酯类、聚乙烯类、聚苯乙烯类以及苯乙烯共聚物、醇酸树脂、饱和的与不饱和的聚酯、羟基官能性聚酯、三聚氰胺甲醛树脂、聚异氰酸酯树脂、聚氨基甲酸酯、环氧树脂、含氟聚合物以及硅酮、氯磺化聚乙烯类、氟化聚合物、氟化丙烯酸酯类共聚物、氟硅酮、增塑溶胶、聚偏氟乙烯(PVDF)及其混合物。
b)含水粘合剂类，包括醇酸树脂、聚酯、聚丙烯酸酯类、环氧化物以及环氧化物酯的水性粘合剂类来自水分散体以及乳液类者，包括基于丙烯酸酯、苯乙烯丙烯酸酯、乙烯丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸酯、乙烯基吡硌烷酮醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸异丙基酯、聚氨基甲酸酯、硅酮的分散体和乳液，基于聚乙烯、聚丙烯类、聚四氟乙烯(Teflon)、合成蜡、氟化聚合物、水溶液中的氟化丙烯酸酯类共聚物、氟硅酮及其混合物的蜡分散体。
3.根据权利要求1或2的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：粘合剂在300至700nm的可见光波长范围内具有大于70％的透明度和在5至50μm的热红外波长范围内具有小于60％的透明度。
4.根据权利要求1的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：第一颜料选自无机颜料。
5.根据权利要求1或4的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：第一颜料选自可降解材料。
6.根据权利要求1或4的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：第一颜料的折射率大于1.5。
7.根据权利要求1或4的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：第一颜料的粒度为0.9至3.1μm。
8.根据权利要求1的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：第二颜料选自有机颜料。
9.根据权利要求1的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于第三颜料选自无机颜料。
10.根据权利要求1或9的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于第三颜料的粒度在0.7至2.9μm之间。
11.根据权利要求1的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：填料是由有机和/或无机材料制成的空心微球，其在300至1500nm波长范围内具有大于70％的透明度。
12.根据权利要求1或11的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：空心微球的粒度在10至100μm之间。
13.根据权利要求1或11的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：空心微球选自塑料和/或玻璃。
14.根据权利要求1的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：选择空心塑料微球，其存在于水悬浮液中并在干燥后形成空洞。
15.根据权利要求1或14的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：空心微球的粒度在0.3至1μm之间。
16.根据权利要求1的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：该涂料在800至1100nm的近红外波长范围内的反射始终大于60％。
17.根据权利要求1的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：该涂料在800至1100nm的近红外波长范围内的反射始终大于70％。
18.根据权利要求1的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：该涂料在400至700nm的可见光波长范围内的反射平均小于70％。
19.根据权利要求1的可忽略日光吸收的涂料，其特征在于：粘合剂选择在硬化后产生斥水表面的粘合剂。
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