黑色太陽熱反射降溫涂料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種黑色太陽熱反射降溫涂料及其制備方法，融反射和輻射兩種降溫機(jī)理于一體，采用水性丙烯酸乳液作為成膜基料，抗老化性能好，戶外使用壽命長(zhǎng)，無毒環(huán)保，具有優(yōu)良的耐玷污性、耐堿性和耐水性，對(duì)混凝土、金屬、木材、玻璃等基材均有很好的附著力；添加具有很強(qiáng)近紅外反射或透射性能的黑色功能顏料，輔以多種體質(zhì)顏料及助劑，制作簡(jiǎn)單，成本低廉，且對(duì)環(huán)境友好。相對(duì)于常用的黑色涂料，黑色熱反射降溫涂料具有更好的近紅外反射或透射性能，保證了該類涂料在夏季時(shí)能降低混凝土、金屬、木材以及泡沫塑料等被涂敷物的表面及內(nèi)部溫度，可廣泛應(yīng)用于建筑屋頂，在取得美觀效果的同時(shí)，起到理想的節(jié)能降溫作用。
【專利說明】黑色太陽熱反射降溫涂料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種黑色太陽熱反射降溫涂料及其制備方法，特別是以水性丙烯酸乳 液為成膜基料的黑色太陽熱反射降溫涂料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽光是電磁波，主要分布在紫外光、可見光和近紅外三個(gè)區(qū)域內(nèi)。紫外光、可見 光和近紅外所占太陽能的比例分別近似為5%、45%和50%。優(yōu)良的白色太陽熱反射降溫涂 料能夠反射百分之九十以上的可見光以及百分之九十左右的近紅外。因此，白色太陽熱反 射降溫涂料具有太陽熱反射率高、熱發(fā)生率高和吸收率低，具有優(yōu)異的降溫性能，對(duì)于那些 制冷需求在建筑能耗中占主導(dǎo)地位的地區(qū)而言，在建筑屋頂和外墻上采用白色太陽熱反射 降溫涂料，可大幅度降低建筑物的夏季制冷能耗。比較適用于平屋頂或者坡度很小的斜坡 屋頂。盡管白色太陽熱反射降溫涂料是最"涼"的建筑屋頂及外墻涂料，但白色太陽熱反射 降溫涂料并不受業(yè)主尤其是私人業(yè)主的歡迎。那些具有斜坡屋頂?shù)慕ㄖI(yè)主們基于美學(xué)的 需求通常更喜歡深色涂料，黑色一直是高貴、大方和上檔次的象征，因此深受建筑業(yè)主的青 睞。在我國(guó)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，黑色的斜坡屋頂非常普遍和流行，黑色太陽熱反射降溫涂料具 有相對(duì)廣闊的市場(chǎng)。
[0003] 然而，黑色涂料的配方一直是現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)難題。為了呈現(xiàn)黑色的外觀，黑色 涂料必然要吸收幾乎所有的可見光，此外，常規(guī)的黑色涂料在近紅外區(qū)域也有很強(qiáng)的吸收。 因此，采用常用的黑色涂料大大降低了涂層的太陽熱反射率，極大提高了涂層表面溫度，在 夏季必然大幅增加建筑物的制冷能耗或降低建筑物的居住舒適度。由此，如何在涂料在可 見光區(qū)或近紅外區(qū)域的存在較高吸收率的同時(shí)，盡可能降低對(duì)太陽光的總吸收率，使黑色 涂料兼有優(yōu)良的降溫性能，是現(xiàn)有技術(shù)面臨的技術(shù)難題，也是近期研究的熱點(diǎn)。此外，現(xiàn)有 降溫涂料配方復(fù)雜、制備過程繁瑣且產(chǎn)品抗老化性能差、戶外使用壽命短、附著力差、不耐 玷污性等缺點(diǎn)。因此，目前急需黑色太陽熱反射降溫涂料，在保證色彩觀感的同時(shí)，保證產(chǎn) 品質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供具有優(yōu)良近紅外反射性能、降溫效果好、耐 候性優(yōu)異、施工便利的環(huán)境友好型水性丙烯酸基黑色太陽熱反射降溫涂料及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：其其組分及重量份配比為： 丙烯酸乳液 40?50份； 黑色功能顏料 1?4份； 消色顏料 0. 1?1份； 體質(zhì)顏料 10?30份； 助劑 0. 5?5份； 水 1?20份。
[0006] 作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述體質(zhì)顏料其組分及重量份配比為： 滑石粉 5?15份； 重質(zhì)碳酸鈣 1?2份； 硫酸鋇 1?3份； 二氧化硅 5?10份。
[0007] 作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述助劑其組分及重量份配比如下，各組分之間的 比例不限制，可在以下范圍內(nèi)靈活調(diào)配 ： 分散劑 0. 1?1份； 潤(rùn)濕劑 0. 1?1份； 消泡劑 0. 1?1份； 流平劑 0. 1?1份； 成膜助劑 0. 1?1份。
[0008] 作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述丙烯酸乳液為單組分水性純丙烯酸乳液，其固 含量為45?48%，粘度為1?6Pa·s，PH值為7. 5?9. 5,最低成膜溫度23°C。
[0009] 作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述黑色功能顏料為派力奧根黑顏料、永固紫顏料、 鉻鐵黑顏料以及鐵錳黑顏料中的或兩種以上。所有顏料均是業(yè)內(nèi)普通技術(shù)人員可唯一確定 的顏料種類，且均可以直接從市場(chǎng)進(jìn)行采購。
[0010] 作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述消色顏料為氧化鐵黃、鈦鉻黃、外墻橙、外墻紅 或鐵紅的或兩種以上。這些顏料單獨(dú)或配合使用，作為消色顏料，以消除所制備黑色涂料的 綠色或者紫色色調(diào)，得到純正的黑色涂料。所有顏料均是業(yè)內(nèi)普通技術(shù)人員可唯一確定的 顏料種類，且均可以直接從市場(chǎng)進(jìn)行采購。
[0011] 作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述分散劑為聚丙烯酸鈉鹽水溶液，其固含量為 45%;所述潤(rùn)濕劑為烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量為100%。所述消泡劑為礦物油混合物，固 含量為100%。所述流平劑為非離子型疏水改姓聚氨酯流平劑，其固含量為30% ;所述成膜助 劑為2, 2, 4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯。
[0012] 本發(fā)明還提供上述黑色太陽熱反射降溫涂料的制備方法，其特征在于：包括如下 步驟， 步驟一、制備黑色色漿：將黑色功能顏料及消色顏料加入到部分水中混合，然后加入部 分分散劑及潤(rùn)濕劑，攪拌分散一段時(shí)間后即成黑色色漿，黑色色漿中的黑色功能顏料的重 量百分比為30?50%，消色顏料1?20%，水30?48%，潤(rùn)濕劑和分散劑分別0. 1?1%，放 置備用； 步驟二、制備無色涂料；將剩余的分散劑、潤(rùn)濕劑和三分之一的消泡劑加入部分水中攪 拌分散一段時(shí)間，之后加入全部的丙烯酸乳液，再攪拌分散一段時(shí)間后加入全部的體質(zhì)顏 料和三分之一的消泡劑，高速攪拌一段時(shí)間后加入全部的成膜助劑、流平劑和剩余三分之 一的消泡劑，繼續(xù)高速攪拌一段時(shí)間后加入剩余的水調(diào)節(jié)粘度即可； 步驟三、制備黑色涂料：將步驟一得到的黑色色漿加入到步驟二制備的無色涂料中，黑 色色漿質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的1?10%，高速攪拌分散一段時(shí)間后，黑色降溫涂料即制備完 成。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于： 1、以水性純丙烯酸乳液為成膜基料，抗老化性能好，戶外使用壽命長(zhǎng)，無毒環(huán)保。
[0014] 2、選擇具有較高近紅外反射或透射性能的黑色光譜選擇性顏料作為黑色功能顏 料，在保證顏料色彩之外兼具良好的降溫功效。本發(fā)明選用的黑色功能涂料中，派力奧根黑 及永固紫為弱散射有機(jī)顏料，二者在可見光區(qū)域具有極強(qiáng)的吸收，但在近紅外區(qū)域吸收強(qiáng) 度很弱，派力奧根黑不僅具有極好的近紅外反射性能，而且具有優(yōu)良的光穩(wěn)定性和耐候性， 派力奧根黑呈烏黑的外觀，但帶有綠色調(diào)；永固紫在近紅外區(qū)域具有很高的透射率，呈紫黑 色外觀。因此，由二者制備而成的黑色涂料需分別加入具有良好近紅外反射或透射性能的 紅色和黃色顏料，作為綠色和紫色的補(bǔ)色，以消除綠色調(diào)和紫色調(diào)。此外，鉻鐵黑和鐵蒙黑 也具有較好的近紅外透射性能。
[0015] 3、施工便利，在應(yīng)用于木質(zhì)屋頂及外墻時(shí)，可采用底面一體設(shè)計(jì)，涂層薄，一次噴 涂即可，在應(yīng)用于混凝土屋頂和外墻時(shí)，輔以白色底漆可大幅提高涂料的太陽熱反射率及 降溫效果。
[0016] 4、選用最低成膜溫度和玻璃化溫度高的純丙烯酸乳液使得涂料具有優(yōu)良的耐玷 污性、耐堿性和耐水性,對(duì)混凝土、金屬、木材、玻璃等基材均有很好的附著力。
[0017] 綜上，選擇具有較高近紅外反射或透射性能的黑色光譜選擇性顏料作為黑色功能 顏料，提高其近紅外區(qū)域的反射率是提高黑色涂料太陽熱反射率和降溫性能最行之有效的 方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是派力奧根黑及其消色顏料所制備的黑色太陽熱反射降溫涂料在白色底漆 (a white basecoat)和錯(cuò)合金板（an aluminum alloy plate)上的光譜反射曲線； 圖2是永固紫以及其消色顏料所制備的黑色太陽熱反射降溫涂料在在白色底漆（a white basecoat)和錯(cuò)合金板（an aluminum alloy plate)上的光譜反射曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清晰明了，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明黑色太陽 熱反射降溫涂料進(jìn)行更詳細(xì)的闡述。
[0020] 實(shí)施例一： 一種黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：其組分及重量份配比為： 丙烯酸乳液 40份； 黑色功能顏料 1份； 消色顏料 〇. 1份； 體質(zhì)顏料 1〇份； 助劑 1份； 水 1份； 所述體質(zhì)顏料的組分和重量份配比為： 滑石粉 5份； 重質(zhì)碳酸鈣 1份； 硫酸鋇 1份； 二氧化硅 3份； 所述助劑的組分和重量份配比為： 分散劑 〇. 1份； 潤(rùn)濕劑 〇. 1份； 消泡劑 〇. 3份； 流平劑 〇. 3份； 成膜助劑 0. 2份。
[0021] 實(shí)施例二、 一種黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：其組分及重量份配比為： 丙烯酸乳液 50份； 黑色功能顏料 5份； 消色顏料 1份； 體質(zhì)顏料 30份； 助劑 5份； 水 1〇份； 所述體質(zhì)顏料的組分和重量份配比為： 滑石粉 15份； 重質(zhì)碳酸鈣 2份； 硫酸鋇 3份； 二氧化硅 10份； 所述助劑的組分和重量份配比為： 分散劑 〇. 9份； 潤(rùn)濕劑 1. 1份； 消泡劑 1. 2份； 流平劑 〇. 8份 成膜助劑 1份。
[0022] 實(shí)施例三、 一種黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：由以下原料按重量百分比配制而成： 丙烯酸乳液 45份； 黑色功能顏料 3份； 消色顏料 〇. 5份； 體質(zhì)顏料 20份； 助劑 3份； 水 5份。
[0023] 所述體質(zhì)顏料的組分和重量份配比為： 滑石粉 11份； 重質(zhì)碳酸鈣 1. 5份； 硫酸鋇 1. 5份； 二氧化硅 6份； 所述助劑的組分和重量份配比為： 分散劑 〇. 5份； 潤(rùn)濕劑 〇. 7份； 消泡劑 〇. 6份； 流平劑 〇. 7份； 成膜助劑 0. 5份。
[0024] 其中，三個(gè)實(shí)施例中，各助劑組分之間的比例可靈活調(diào)配，所述丙烯酸乳液為單組 分水性純丙烯酸乳液，其固含量為45?48%，粘度為1?6Pa*s，PH值為7. 5?9. 5,最低 成膜溫度23 °C。
[0025] 所述黑色功能顏料為派力奧根黑顏料、永固紫顏料、鉻鐵黑顏料以及鐵錳黑顏料 中的或兩種以上。所有顏料均是業(yè)內(nèi)普通技術(shù)人員可唯一確定的顏料，且均可以直接從市 場(chǎng)進(jìn)行采購。
[0026] 所述消色顏料為氧化鐵黃顏料、鈦鉻黃顏料、外墻橙顏料、外墻紅顏料或鐵紅顏料 的或兩種以上。所有顏料均是業(yè)內(nèi)普通技術(shù)人員可唯一確定的顏料，且均可以直接從市場(chǎng) 進(jìn)行米購。
[0027] 所述分散劑為聚丙烯酸鈉鹽水溶液，其固含量為45% ;所述潤(rùn)濕劑為烷基酚聚氧 乙烯醚，其固含量為100%。所述消泡劑為礦物油混合物，固含量為100%。所述流平劑為非 離子型疏水改姓聚氨酯流平劑，其固含量為30% ;所述成膜助劑為2, 2, 4-三甲基-1，3-戊 二醇單異丁酸酯。
[0028] 本發(fā)明還提供了上述黑色太陽熱反射降溫涂料的制備方法，其特征在于：包括如 下步驟， 步驟一、制備黑色色漿：將30?50%的黑色顏料及1?20%的消色顏料加入到30? 48%的水中，加入0. 1?1%的分散劑及0. 1?1%的潤(rùn)濕劑，攪拌分散一段時(shí)間后即成黑色 色漿，放置備用 步驟二、制備無色涂料；將剩余的分散劑、潤(rùn)濕劑和三分之一的消泡劑加入部分水中攪 拌分散一段時(shí)間，之后加入全部的丙烯酸乳液，再攪拌分散一段時(shí)間后加入全部的體質(zhì)顏 料和三分之一的消泡劑，高速攪拌一段時(shí)間后加入全部的成膜助劑、流平劑和三分之一的 消泡劑，繼續(xù)高速攪拌一段時(shí)間后加入剩余的水調(diào)節(jié)粘度即可； 步驟三、制備黑色涂料：將步驟一得到的黑色色漿以質(zhì)量占總涂料質(zhì)量1?10%的量加 入到步驟二制備的無色涂料中，高速攪拌分散一段時(shí)間后，黑色降溫涂料即制備完成。
[0029] 此外，為進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明黑色太陽熱反射降溫涂料涂的技術(shù)效果，將該高耐候 性環(huán)境友好型散熱降溫涂料涂敷于2cmX2cm的鋁合金板以及涂有白色底漆的鋁合金板 上，涂層厚度控制在50μm左右，干燥成膜后作為待測(cè)樣板，采用紫外?可見光?近紅外分 光光度計(jì)測(cè)定其光譜反射率。圖1和圖2是部分代表性黑色太陽熱反射降溫涂料涂的測(cè)定 結(jié)果，如圖1是派力奧根黑及其消色顏料所制備的黑色太陽熱反射降溫涂料在白色底漆（a whitebasecoat)和錯(cuò)合金板（analuminumalloyplate)上的光譜反射曲線，圖2是永固 紫以及其消色顏料所制備的黑色太陽熱反射降溫涂料在在白色底漆（awhitebasecoat) 和錯(cuò)合金板（analuminumalloyplate)上的光譜反射曲線，相應(yīng)的光譜反射率列于表1和 表2中。圖I、圖2及表I、表2清楚地表明，所選的兩種黑色涂料在可見光區(qū)域都有極強(qiáng)的 吸收，其可見光反射率接近于炭黑的可見光反射率（〇. 05)。因此，所制備的涂料具有黑色的 外觀。
[0030] 根據(jù)中華人民共和國(guó)建筑隔熱涂料建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T235 - 2014的要求， 合格的降溫涂料當(dāng)其明度L*低于40時(shí)，其近紅外反射率須大于等于0. 4,從表1和表2中 可以清楚地發(fā)現(xiàn)，由派力奧根黑和永固紫制備的黑色太陽熱反射降溫涂料完全滿足行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)的要求，是完全合格的黑色太陽熱反射降溫涂料。

【權(quán)利要求】
1. 一種黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：其組分及重量份配比為： 丙烯酸乳液 40?50份； 黑色功能顏料 1?4份； 消色顏料 0. 1?1份； 體質(zhì)顏料 10?30份； 助劑 0. 5?5份； 水 1?20份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：所述體質(zhì)顏料的組 分及重量份配比為： 滑石粉 5?15份； 重質(zhì)碳酸鈣 1?2份； 硫酸鋇 1?3份； 二氧化硅 5?10份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：所述助劑的組分及 重量份配比為： 分散劑 0. 1?1份； 潤(rùn)濕劑 0. 1?1份； 消泡劑 0. 1?1份； 流平劑 0. 1?1份； 成膜助劑 0. 1?1份。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：所述丙烯酸乳液為 單組分水性純丙烯酸乳液，其固含量為45?48%，粘度為1?6Pa*s，PH值為7. 5?9. 5， 最低成膜溫度23 °C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：所述黑色功能顏料 為派力奧根黑、永固紫、鉻鐵黑以及鐵錳黑中的或兩種以上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：所述消色顏料為氧 化鐵黃、鈦鉻黃、外墻橙、外墻紅或鐵紅的或兩種以上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：所述分散劑為聚丙 烯酸鈉鹽水溶液，其固含量為45% ;所述潤(rùn)濕劑為烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量為100%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：所述消泡劑為礦物 油混合物，固含量為100%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑色太陽熱反射降溫涂料，其特征在于：所述流平劑為非離 子型疏水改姓聚氨酯流平劑，其固含量為30% ;所述成膜助劑為2, 2, 4-三甲基-1，3-戊二 醇單異丁酸酯。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1?9任意一項(xiàng)所述的黑色太陽熱反射降溫涂料的制備方法，其特征 在于：包括如下步驟， 步驟一、制備黑色色漿：將30?50%的黑色顏料及1?20%的消色顏料加入到30? 48%的水中，加入0. 1?1%的分散劑及0. 1?1%的潤(rùn)濕劑，攪拌分散一段時(shí)間后即成黑色 色漿，放置備用； 步驟二、制備無色涂料；將剩余的分散劑、潤(rùn)濕劑和三分之一的消泡劑加入部分水中攪 拌分散一段時(shí)間，之后加入全部的丙烯酸乳液，再攪拌分散一段時(shí)間后加入全部的體質(zhì)顏 料和三分之一的消泡劑，高速攪拌一段時(shí)間后加入全部的成膜助劑、流平劑和剩余三分之 一的消泡劑，繼續(xù)高速攪拌一段時(shí)間后加入剩余的水調(diào)節(jié)粘度即可； 步驟三、制備黑色涂料：將步驟一得到的黑色色漿加入到步驟二制備的無色涂料中，黑 色色漿質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的1?10%，高速攪拌分散一段時(shí)間后，黑色降溫涂料即制備完 成。
【文檔編號(hào)】C09D5/33GK104212276SQ201410422210
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】張衛(wèi)東, 宋建榮, 屈建, 秦杰, 張濤, 蔣立紅, 李景芳, 石云興, 宋中南 申請(qǐng)人:中國(guó)建筑股份有限公司