CN103502545A - 太阳红外反射漆 - Google Patents

Abstract

一种红外反射性建筑漆组合物，其包含：i.氧化铁红颜料，ii.酞菁蓝颜料，iii.二氧化钛和任选的氧化铁黄；其中所述组合物不含红外吸收性黑色颜料、红外透明黑色颜料和红外反射性黑色颜料，且在干燥时具有38-88的亮度值L^*，且i:ii的重量比为3:1-15:1。

Description

太阳红外反射漆

本发明涉及太阳红外反射漆；特别地，提供了红外反射性建筑外部漆组合物，其在干燥时具有38-88的亮度值L^*且不含任何黑色颜料。还提供了一种降低屋顶或墙壁在暴露于太阳辐射时温度升高的方法。

当阳光照射在建筑物如墙壁和屋顶表面上时，建筑物外部的温度且最终内部的温度将上升，除非其良好绝热。这主要是太阳辐射的红外(IR)部分(波长为700-2500nm)被墙壁外表面吸收且然后传输至墙壁内表面的结果。在装备有冷却设备，如空调的建筑物中，温度可降至舒适的水平，然而付出的大代价是能量消耗，以及因此的碳排放。当不安装空调时，居住着忍受不舒适的环境条件。

一种已知的限制温度升高的方法是将建筑物的外部涂成浅色或淡色，尤其是白色。由于其不仅反射太阳光谱的可见部分，而且还反射红外光(IR)，该颜色有效地限制了温度升高。就此而言，白色和浅色是非常有效的，主要是因为其不含炭黑—在太阳光谱的可见和IR区域吸收的黑色颜料。此外，二氧化钛是IR辐射的良反射体。

炭黑对IR辐射的极强吸收也意味着较深的颜色，尤其是黑色本身很少用于涂覆炎热国家中的建筑物外部，由此限制了建筑师和装饰人员可用的调色选择。

所有颜色均可使用公知的L^*、a^*、b^*体系定义。在该体系中，任何颜色均可表示为：

i.其亮度，L^*(其中0为黑色，且100为白色)

ii.其a^*值，其将所述颜色置于从绿色(负数)至0(中性)至红色(正数)的相对标度上

iii.其b^*值，其将所述颜色置于从蓝色(负数)至0(中性)至黄色(正数)的相对标度上

亮度L^*为颜色的感知亮度的定量衡量标准，其为0-100，其中0表示黑色且100表示白色。

这些术语由Commission Internationale de l′Eclairage(CIE)[参见“International Lighting Vocabulary”，第4版，由IEC/CIE017.4-1987发布，ISBN9783900734077]科学地定义。

此外，其可用于定义色调h。色调是颜色离红色、黄色、绿色和蓝色有多远的衡量指标且由a^*和b^*值推导(h=arctan(b^*/a^*)。色调角所描述的范围为0-360°，其中所述角度定义了色调在颜色空间中的位置，其中红色、黄色、绿色和蓝色分别位于0°、90°、180°和270°角处。这些“基点”之间的角度表示中间颜色，例如45°的色调角为浅红黄色(橙色)。

我们令人惊讶地发现，即使具有38-88亮度值L^*的浅色漆也由于暴露于太阳辐射而经历显著的温度升高。同样令人惊讶的是，我们发现仅0.05重量%的炭黑颜料(基于干燥漆组合物的重量计算)就足以导致屋顶或外墙温度升高。

国际申请WO2005/095528描述了热反射性墙漆，其包含热反射性金属氧化物颜料。该类金属氧化物颜料包括黑色颜料如V-797和V-799。

US6,366,397公开了两部分热反射性体系，其包括第一IR反射层和第二IR透明层。所述IR透明层可包含IR吸收性黑色颜料如炭黑和/或IR透明颜料如苝黑S-0084。

JP2005-90042A涉及一种热反射性屋顶材料，其中颜料选自包括二氧化钛、氧化铁红和酞菁蓝在内的一系列颜料。

颜料生产商已尝试用在IR区域内具有反射性的黑色颜料替代炭黑。很明显，该类反射性颜料在IR区域内也基本上是非吸收性的。Sheppard Colorof Cincinnati，Ohio具有一系列反射性颜料，称为Arctic

颜料，其包括黑色反射性颜料10C909。Degussa Metals Catalysts Cerdec Corp.，Washington也生产了一系列IR反射性颜料，称为Eclipse

，包括黑色颜料Eclipse10201、10202、10203和10204。其他已知的IR反射性颜料包括氧化铁铬(颜料棕29)，以Xfast EH0408(BASF)或Sicopal K0095销售；和氧化铁铬(颜料棕35)，以Heucodur IR Black940(Heubach)销售。美国专利申请2010/091416和US2010/091418公开了用于销售点的着色方案，其中将该类颜料掺入着色剂中。

然而，已知的黑色反射性颜料需要复杂的制备工艺且生产成本高。这往往还使得它们在已混合的建筑漆中的常规应用过于昂贵。

此外，非吸收性和反射性颜料为对IR波长透明的黑色颜料。换言之，其既不吸收也不反射光谱的IR区域。该类颜料的实例为Paliogen BlackL0086。

因此，在漆中不使用炭黑为改善建筑物的能量效率提供了机遇。我们现已发现一种配制非白色IR反射漆的方法，所述漆完全不含黑色颜料，特别是IR吸收性颜料如炭黑和IR反射性颜料如Sicopal K0095以及IR透明颜料如Paliogen Black L0086。

在本发明的第一方面中，提供了一种IR反射性建筑漆组合物，其包含：

i.氧化铁红颜料

ii.酞菁蓝颜料

iii.二氧化钛和任选的氧化铁黄

其中所述组合物不含IR吸收性黑色颜料、IR透明黑色颜料和IR反射性黑色颜料，且在干燥时具有38-88的亮度值L^*，且i:ii的重量比为3:1-15:1。

优选地，本发明的漆组合物具有由60-300°的色调角h^*描述的颜色。其原因在于，这些色调(橙色-红色至黄色、黄色-绿色、绿色、绿色-蓝色和蓝色)通常包含炭黑颜料以在所述颜色中提供黑色组分。因此，具有这些色调的干燥漆组合物在暴露于太阳辐射时呈现出最高的温升，且因此最受益于本发明。尽管其还可含有少量的炭黑，300-60°(蓝色-红色至橙色-红色)的色调还可含有一些氧化铁红和酞菁蓝以获得所需的色调。因此，该色调范围的益处较少。

酞菁蓝对IR辐射透明，氧化铁红是部分透明的。因此，当暴露于阳光下时，二者均不吸收IR。因此，大部分入射IR辐射将穿过包含该类颜料的漆膜，到达下层表面(墙壁或屋顶)并将其直接加热。二氧化钛对IR辐射具有反射性，且其在本发明漆组合物中的存在防止了所述辐射到达基材。有利地，氧化铁红在IR中也稍具辐射反射性。类似地，氧化铁黄也对IR辐射具有反射性。因此，在本发明中不需要单独的第一IR反射层。

优选地，所述漆组合物为用于涂覆建筑物(如住宅和办公室)外表面的建筑外部漆。

氧化铁红为C.I.颜料红101，氧化铁黄为C.I.颜料黄42。酞菁蓝可以以各种形式获得，包括C.I.颜料蓝15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:5、15:6和16，其中任一种均适用于本发明中。

二氧化钛以两种常规形式存在，称为金红石和锐钛矿。优选金红石形式，因为其具有最高的反射率因此为较好的光反射体(包括在IR区域内)。合适的实例包括Tioxide RTC90和RTC92、Tiona595(获自Cristal)。

二氧化钛的粒度也与光反射性有关。低于约100nm，则二氧化钛颗粒不是可见和IR光谱的有效反射体。因此，优选二氧化钛的平均粒度为至少100nm，更优选为100-350nm，最优选为100-300nm。

优选地，本发明组合物包含至少2重量%的TiO₂，更优选至少4重量%，甚至更优选至少6重量%，最优选至少8重量%。由于TiO₂昂贵且具有大的碳足迹，希望所述组合物中具有最低量的TiO₂，因此实际上限为8-16重量%，更优选小于12重量%，最优选小于10重量%。

所述组合物在干燥时应包含至少4重量%的TiO₂，更优选至少8重量%，甚至更优选至少12重量%，最优选至少16重量%。上限为16-32重量%，更优选小于28重量%，甚至更优选小于24重量%，最优选小于20重量%。

所述氧化铁红和氧化铁黄颜料应研磨至与对二氧化钛所述相同尺寸范围的粒度。

所述酞菁蓝颜料应研磨至透明。

优选地，所述组合物在干燥时具有45-88，更优选55-88，甚至更优选62-88，仍更优选65-88，最优选75-88的亮度值L^*。

优选地，所述组合物在干燥时包含氧化铁红、酞菁蓝、二氧化钛和任选的氧化铁黄。更优选地，所述组合物在干燥时包含0.100-5.000重量%的氧化铁红和0.015-0.900重量%的酞菁蓝。甚至更优选地，所述组合物在干燥时包含4重量%的TiO₂。

优选地，氧化铁红与酞菁蓝的比例为4:1-15:1，更优选为5:1-15:1，甚至更优选为5:1-11:1，仍更优选为5:1-8:1，最优选为4:1-8:1。

优选地，所述漆组合物不含金属颜料如铝，因为这些颜料会使所述颜色产生金属光泽。

优选地，所述漆在诸如15-25℃的常温下显示出其最终性能，且无需升高的温度。

优选地，所述漆组合物在50μm的干膜厚度下是不透明的。“不透明”意指当将本发明涂料施加至黑色和白色不透明卡上并使其干燥时，对比度为至少95。所述对比度为在图的黑色部分上测得的相对于白色部分的光反射率，以百分比表示。

在本发明的另一方面中，提供了一种降低建筑物的屋顶或外墙由于吸收太阳IR辐射所导致的温度升高的方法，其包括用本发明的漆组合物—IR反射漆组合物涂覆墙壁或屋顶的外表面。

在本发明的又一方面中，提供了一种涂覆有本发明漆组合物的建筑物外墙或屋顶。

可设想的是本发明的漆组合物可在专门的生产设备中以大批量制备，通常为至少数百升的体积；以及在零售商店中制备，其中制备不超过50升的批料量，通常根据顾客的要求。在后一情况下，所述漆使用小型着色机生产，包括着色剂和基础漆。着色剂为浓缩的颜料分散体。由于具有许多着色剂，通常为10-20种，各自使用不同色调的颜料配制，可通过将至少一种着色剂与合适的基础漆根据预定的配方简单混合而提供大量色漆。甚至可通过提供多种基础漆(自身具有不同色调，包括透明(未着色的)基础漆)而产生更多的颜色。基础漆与即用型(RFU)漆的不同之处在于，未最终调节颜色。着色剂通常包装在至多5L的容器中且基础漆包装在至多25L的容器中。

在本发明的又一方面中，提供了用于销售点的着色***，其包含至少一种基础漆和着色剂，其中所述基础漆和着色剂不含红外吸收性黑色颜料、红外透明黑色颜料且不含红外反射性黑色颜料。

优选地，所述基础漆为浅色的和/或未着色的。

“IR反射性”意指本发明的漆组合物在干燥时反射比依赖于炭黑作为其黑色组分的组合物更多的太阳辐射。这可通过如下文所述测量涂覆基材的表面温度而测定。涂层的反射率越高，则面板温度就越低。就本发明而言，当在下文所述的白色第一涂层上测试时，当本发明涂层的温度比相应对比涂层低至少1℃时，我们认为该涂层是IR反射性的。

现在借助下文实施例阐述本发明。

在所有实施例中，所用的氧化铁红为PR101且酞菁蓝颜料为PB15:3。

实施例1

根据如下配方制备灰色漆：

所述TiO₂基础漆为水性的且具有53.5重量%的总固体，所述总固体由如下组分构成：29.0%填料，10.1%基料聚合物，12.6%TiO₂(Tioxide TR92，获自Huntsman Corporation)，其余固体为添加剂。所述不含颜料的基础漆为水性的且具有51.9重量%的总固体，所述总固体由如下组分构成：30.8%填料，19%基料聚合物，其余固体为添加剂。

所述着色剂为液态的颜料浓缩物且添加至处于合适尺寸的容器中的基础漆混合物中，通过搅拌混入。

在用于销售点的着色方案中，将所述着色剂添加至处于罐中的基础漆中，所述基础漆中的TiO₂量为3.21重量%—平均12.6%的TiO₂基础漆和不含颜料的基础漆。在将所述着色剂添加至基础漆罐中后，使用Red Devil摇动器剧烈摇动该罐。

用预涂覆的薄钢板制备测试面板。这些面板借助绕线棒用黑色或白色底漆涂覆并使其干燥，随后施加本实施例的哑光漆的两个涂层(各自为约50μm干膜高度)并使其干燥，从而获得下述由使用Datacolor SpectraflashSF600分光光度计根据生产商的说明测得的光谱反射率曲线计算的CIELAB值。

测得的L^*、a^*、B^*为L^*40.8，a^*-0.7，b^*-1.5；在黑色面板和白色面板上的颜色几乎是相同的(dE小于0.3)。

对比实施例A

使用炭黑且使用下述配方制备对比实施例A漆：

用如前所述预涂覆的薄钢板制备测试面板。这些面板用黑色或白色底漆涂覆，然后施加本实施例漆的两个涂层以获得CIELab颜色L^*40.8，a^*-0.7，b^*-2.0；在黑色和白色上的颜色几乎是相同的(dE小于0.3)。这处于与实施例1配制剂相差dE1之内，且具有良好的视觉颜色匹配。

将全部4块面板置于硬纸板支撑体上并如前文所述直接暴露于室外阳光下。所述试验中还包含标准黑色(使用炭黑颜料)和白色(使用二氧化钛颜料)漆。记录面板的表面温度。取6次测量的平均值：

所述标准黑色漆具有如下CIELAB值：L8=26.4，b^*=-.02且b^*=-0.49

使用IR反射性黑色Xfast EH0408(BASF)制备另一对比实施例A1。所用配方为：

^*Tioxide RTC90获自Huntsman Corporation

用如前所述预涂覆的薄钢板制备测试面板。这些面板用黑色或白色底漆涂覆，然后施加本实施例漆的两个涂层以获得CIELab颜色L^*40.9，a^*-1.1，b^*-2.2；在黑色和白色上的颜色几乎是相同的(dE小于0.3)。这处于与实施例1配制剂和对比实施例2相差dE1之内，且具有良好的视觉颜色匹配。

在与实施例1和对比实施例A相同的测试中，该漆给出了如下温度：

在黑色上的对比实施例A1：    39.2℃

在白色上的对比实施例A1：    39.2℃

这些温度与实施例1在黑色上的结果接近，但仍高于实施例1在白色上的结果，这表明后一情况的阳光反射率更差。

实施例2

根据如下配方制备浅灰色漆：

                     g

9.1%TiO₂基础漆：     99.8995

氧化铁红着色剂：     0.0825，其中氧化铁红颜料：    0.0536g

酞菁蓝着色剂：       0.0180，其中酞菁蓝颜料：      0.0080g

所述TiO₂基础漆是水性的且具有50.9重量%的总固体，所述总固体由如下组分构成：30.4%填料，9.3%基料聚合物，9.5%TiO₂，其余固体为添加剂。

用如前所述预涂覆的薄钢板制备测试面板。这些面板用黑色或白色底漆涂覆，使其干燥，然后施加本实施例漆的两个涂层并干燥，从而获得CIELab颜色L^*86.1，a^*-1.8，b^*-1.3；在黑色和白色上的颜色几乎是相同的(dE小于0.2)。

对比实施例B

使用炭黑并使用下述配方制备对比实施例B漆：

                     g

9.1%TiO₂基础漆：     99.853

黑色着色剂：         0.147，其中炭黑颜料：    0.029g

用如前所述预涂覆的薄钢板制备测试面板。这些面板用黑色或白色底漆涂覆，然后施加本对比实施例漆的两个涂层并使其干燥，从而获得CIELab L^*，a^*，B^*值L^*86.0，a^*-1.0，b^*-1.8；在黑色和白色上的颜色几乎是相同的(dE小于0.2)。这处于与实施例2配制剂相差dE1之内，且具有良好的视觉颜色匹配。

将全部4块面板置于硬纸板支撑体上并如前文所述直接暴露于室外阳光下。所述试验中还包含标准黑色和白色漆。记录面板的表面温度。取4

涂覆有对比实施例B的面板温度显著高于涂覆有实施例2那些的温度，这表明对比实施例B的阳光反射率较差。

实施例3

根据如下配方制备浅灰色漆：

所述TiO₂基础漆为水性的且包含6.76重量%二氧化钛。

根据如下配方使用炭黑制备对比漆，实施例C：

使用卡板制备测试面板。这些面板用黑色或白色底漆涂覆并使其干燥，然后施加漆C的两个涂层，使其干燥，从而获得对实施例3漆获得CIELab颜色L^*48.71，a^*0.07，b^*-0.61，对实施例C获得L^*48.27，a^*0.12，b^*-0.51。这两种漆具有良好的视觉颜色匹配(面板间的dE为0.45)。

将所述两个面板置于硬纸板支撑体上并如前文所述直接暴露于室外阳光下。记录面板的表面温度。取6次测量的平均值：

实施例3：         42.5℃

对比实施例C：     49.8℃

标准黑色漆：      53.0℃

标准白色漆：      29.3℃

涂覆有对比实施例C的面板温度显著高于涂覆有实施例3那些的温度，这表明对比实施例C的阳光反射率较差。

使用Perkin Elmer Lambda950分光光度计记录所述面板的UV/可见光/IR光谱反射率，并根据ASTM E903计算总阳光反射率(TSR)：

                 TSR

实施例3：        39.3%

对比实施例C：    14.0%

对比实施例C具有显著更低的TSR值，这表明与本发明漆—实施例3的漆相比，更少部分的入射太阳辐射被对比漆C反射。

Claims (13)

1.一种红外反射性建筑漆组合物，其包含：

i.氧化铁红颜料

ii.酞菁蓝颜料

iii.二氧化钛和任选的氧化铁黄

其中所述组合物不含红外吸收性黑色颜料、红外透明黑色颜料和红外反射性黑色颜料，且在干燥时具有38-88的亮度值L^*，且i:ii的重量比为3:1-15:1。

2.根据权利要求1的漆组合物，其中所述组合物在干燥时的亮度值L^*为65-88。

3.根据权利要求1或2的漆组合物，其中所述二氧化钛呈金红石形式。

4.根据前述权利要求中任一项的漆组合物，其中所述二氧化钛颜料占至少4重量%，基于总干漆。

5.根据前述权利要求中任一项的漆组合物，其中所述二氧化钛具有至少100nm的平均粒度。

6.根据前述权利要求中任一项的漆组合物，其中所述酞菁蓝颜料选自C.I.颜料蓝15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:5、15:6和16。

7.根据前述权利要求中任一项的漆组合物，其中所述氧化铁红占干燥时所述组合物的0.100-5.000重量%，且所述酞菁蓝占0.015-0.900重量%。

8.根据前述权利要求中任一项的漆组合物，其中所述组合物的50μm干涂层是不透明的。

9.根据前述权利要求中任一项的漆组合物，其中所述组合物在干燥时具有由60-300°的色调角所定义的颜色。

10.一种建筑物屋顶或外墙，其涂覆有根据前述权利要求中任一项的漆组合物。

11.根据权利要求10的建筑物屋顶或外墙，其涂覆有足量的所述红外反射性漆组合物以提供至少50μm的干漆层。

12.一种降低暴露于太阳红外辐射中的建筑物屋顶或外墙的温度升高的方法，其包括用根据权利要求1-9中任一项的红外反射性漆组合物涂覆墙壁或屋顶的外表面。

13.根据权利要求12的方法，其中用足量的根据权利要求1-7中任一项的红外反射性漆组合物涂覆屋顶或外墙以提供至少50μm的干漆层。