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彩色红外反射型隔热涂料的研发,介绍了研发彩色红外反射型隔热涂料的3 条途经
2020年02月24日    阅读量:2537     新闻来源:中国建材网 cnprofit.com    |  投稿

0 引言

全球已经进入了低碳节能的时代,在涂料界,研发反射型隔热涂料已成为节能减排的重要手段之一。这类涂料制造商家繁多,市场竞争激烈,然而这些涂料大多为白色或浅色,从美学角度上看,还须彩色品种扶持,因此还需研发彩色反射型隔热涂料以适应市场所需。本文为研发这类彩色节能涂料提出一些浅见和尝试,敬希斧正中国建材网cnprofit.com

 

1 彩色反射型隔热涂料的研发思路

首先,为了获得彩色反射型隔热涂料,可以外加彩色颜料(尤其是染色颜料)来赋予涂料颜色,但殊不知这样就会改变太阳光反射隔热涂料的功能作用,这是因为传统的彩色涂层中的彩色颜料带有发色基团,这些发色基团一般都具有吸光蓄能的作用,即吸收红外线能量并将其转化为热能,这样就使制成的彩色反射型隔热涂料的功能大打折扣。已经有研发成果表明,颜料对热反射涂料的隔热性能起着重要作用。


那么,是否有一种彩色颜料没有吸光蓄能的副作用,甚至还有反射太阳光的作用?答案是肯定的。于是一种红外反射颜料进入了人们的视线,当然它们大多数是无机颜料,这样,一种以彩色红外反射颜料为主的彩色反射型隔热涂料,或称彩色红外反射型隔热涂料应运而生。


那么有机颜料可否用于这一领域?答案也是肯定的。所采取的是一种变通的方法,即利用大多有机颜料对红外线的透过性以及白色颜填料的热反射特性,将二者结合起来,以此为基础,制成彩色透射型红外节能涂料。


21 世纪是纳米材料的时代,许多工业领域由于采用了纳米材料而使不少技术难关得到攻克,能否利用纳米材料来制成所需要的反射型隔热涂料?答案也是肯定的。利用纳米材料对涂料中的基料和颜填料进行改性,制成性能良好的彩色红外反射型隔热涂料。

 

2 彩色红外反射型隔热涂料的作用效果

彩色红外反射颜料是彩色红外反射型隔热涂料中最主要的功能材料,它与普通彩色颜料一样,在可见光区域(400~700 nm,其发射热量占到达地球表面的太阳能的50% 左右)反射其本色的热量,而吸收其余的热量;如白色颜料反射全部可见光区域的热量,黑色颜料吸收全部可见光区域的热量,蓝色颜料则反射蓝光的热量而吸收在可见光区域其它颜色的热量,诸如此类等等。


彩色红外反射颜料与普通彩色颜料的不同之处在于,在红外区域(700~2 500 nm,其发射热量占到地球表面总太阳能的45%),前者能反射该区域的热量,而后者却不能。虽然红外辐射范围为700~2 500 nm 波长,但该辐射的产热区域范围为700~1 100 nm,如果该区域的辐射被表面吸收,则会造成表面升温。


彩色红外反射颜料系复合的无机颜料,它们能选择性地反射一些可见光,而在红外区域,它们并不会在该区域进行吸收,而是加以反射或透射,这些颜料的反射率和吸收率互不依赖,这样一种红外反射颜料就会有某一种颜色。彩色红外反射颜料又称彩色混相无机颜料,是一种环保型颜料,系由多种金属氧化物、氢氧化物、硝酸盐、醋酸盐、碳酸盐等经混合后于650~1 300℃高温煅烧进行固相反应后所获得的产品,其原料中的金属离子和氧离子重新排列。


并按照氧离子和金属离子的比例,形成更稳定的类似于金红石型、尖金石型、赤铁矿或刚玉型结构之复相无机颜料,在此颜料里通常含有钛、镍、锰、铬、铜、铁、钴等有色金属离子,以及晶体电荷平衡离子,如锂、镁、钛、钙、钽、铌、钼、钨、铝、锑等。具体的制法可以金红石型混合式金属氧化物颜料为例:将超细金红石型钛白粉(表面积为40 m2/g,粒径范围在0.02~0.05 μm)80.25 g、氧化锑14.61 g、氧化镍3.74 g 混合后置于马弗炉中,于1 000℃下煅烧1 h,取出煅烧后的试样,冷却并在研钵里研磨而获得这种颜料,其粒径为1~100 μm,同时将此已研磨的颜料粉末于1 000℃下再煅烧1 h,在研钵里研磨得到一种黄色粉末,此黄色颜料称为钛酸锑镍,或称颜料黄53(Ti,Ni,Sb)O2。


彩色混相无机颜料品种繁多,而工业上常采用的这类红外反射颜料有:颜料蓝28(钴蓝,CoAl2O4)、颜料蓝36[铬钴蓝,Co(Al,Cr)2O4];颜料绿26(铬钴绿,CoCr2O4)、颜料绿50(钴绿,Co2TiO4);颜料棕33[ 铁锌铬棕,(Zn,Fe)(Fe,Cr)2O4]、颜料棕24[铁铬棕,(Ti,Sb,Cr)O2];颜料黑12(钛铁棕,Fe2TiO4)、颜料黑30(钛铁棕,Fe2TiO4);颜料棕29[铁铬黑(Fe,Cr)2O3]、颜料棕35 和颜料黄53[钛镍黄,(Ti,Sb,Ni)O2]等。工业上采用的彩色红外反射颜料的色相及其太阳能反射率是:黄色(V-9415):


66.5%,黄色(V-9416):67.4% ;金黄色(10415):58.0%,金黄色(10411):61.8% ;棕色(10364):39.2% ;漆黑色(10201):22.6%,漆黑色(10202):32.5% ;红外茶黑色(V-788):30.0%,红外茶黑色(V-778):27.6% ;茶黑色(V-799):25.1% ;蓝色(V-9248):30.0% ;亮蓝色(V-9250):29.2% ;漆蓝黑色(10203):27.4% ;青绿色(F-5686):31.0% ;高红外绿色(V-12650):40.4% ;红外钴绿色(V-12600):28.2% ;红色(V-13810):39.0%。

人们将黄色、红色、绿色、蓝色、紫色和黑色的红外反射颜料配以基料制成涂料,与一般颜料配成的涂料进行太阳能反射对比,结果见表1。

采用不同颜料的涂料之太阳能反射率比较

彩色红外反射型隔热涂料的研发,介绍了研发彩色红外反射型隔热涂料的3 条途经 中国建材网,cnprofit.com


彩色红外反射颜料高度稳定,化学上惰性,它们能经受化学侵袭性环境而仍然保持其原来的颜色,即使在臭氧、酸雨、SOX、NOX 或在工业区很普遍的其它污染物存在下亦不会褪色,甚至在强酸、碱、氧化剂或还原剂存在下依然保持着色坚牢度;当它们与溶剂接触时不会发生色迁移,也不会溶解或渗出,由于其这些性能,所以能在室外维持30 a 之久。


这类颜料完全无毒,虽然它们之中会含有一些有毒金属,如铬、镍、锑,但由于它们在1 000℃以上高温煅烧所形成的混合氧化物的惰性很高,人体的胃酸根本无法使其溶解,因此就是进入胃肠之内也对人体无毒害,所以人身接触极其安全。其不足之处就是与有机颜料相比,着色力偏低,色相不丰富。


在都市区,屋顶的设计对太阳能的热吸收有着重要的影响。要减少对空调能量消耗的依赖性,则需要用冷屋顶,通过反射掉大部分太阳能来尽可能降低建筑物所吸收的热量。此时就需要借助彩色红外反射颜料的作用,正是因为红外反射颜料具有优异的耐候性,因此它在屋顶的建筑涂料中用量在不断增加,它们能在近红外区域将反射率最大化,这些颜料使用量的增加就在于配方设计者能制成深色涂料并可减少基层结构的热堆积。


红外反射颜料适用于所有类型的建筑涂料,包括高碱性的硅酸盐涂料。现代建筑设计采用大面积的玻璃,此有助于改善建筑物美学上的外观并减少维护,但也增加了能量消耗。所以采用金之类的金属薄膜红外反射性能来制造窗口涂料,这些薄膜足够薄时,能透射可见光并反射入射光中的红外部分,但该涂料有2 个主要缺点:其一是在透射可见光时是高度反射性的,这不仅对于红外辐射,而且对可见太阳光也如此,这种性能会造成金属强烈的刺目眩光,使观察者感到不适;其二是金的价格昂贵。


所以需要用非贵金属膜来取而代之,而锡酸镉(Cd2SnO2)是最透明的热反射颜料,可用其制造红外反射涂料,即将CdO、SnO2、CuCl 充分混合成均相混合物,在氧化铝钳锅中于1 050℃下加热6 h,制成正交斜方结构的锡酸镉晶体,由它制成的1.5 μm 厚度膜在二氧化硅板上能反射红外光,在2 μm 膜厚下能产生80% 的反射率,而在6 μm 膜厚下则产生90% 的反射率,该性能很适用于温室窗,因铜掺杂锡酸镉还能增加其红外反射率,故可用于建筑窗口涂料中。


当红外反射颜料用于水泥中时,它不仅不会褪色,而且还能抵消热量的积累,并能长时间保持其颜色,在炎热的季节使水泥铺面材料保持较冷状态。在夏季,深色的车辆会变得更热,深色的座位很容易保热,仪表盘、控制台和挡泥板因此而老化变脆,流出增塑剂和其它有机化合物,固然增加空调元件的冷却负荷可减少热的烦闷,但会导致其他一些问题,如释放到大气中的含氯氟烃增多,造成污染,而使用含红外反射颜料的涂料则可以减少车辆的热堆积,这种涂料还可用于家用电器、防火涂料以及伪装涂料中。



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