一种淡黄色制冷涂料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于被动制冷技术领域，具体为一种淡黄色制冷涂料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.作为一种被动降温技术，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，但在阳光直射下，涂层表面温度均高于周边环境气温，不具备制冷的功效。欲使涂层表面温度低于周边环境气温，达到制冷的效果，涂层表面所吸收的太阳热必须小于涂层表面通过红外形式辐射出去的热量。
3.夏季晴朗天气下，正午阳光直射时，太阳辐照度高达1000瓦/平米，甚至更高，所以占全球总能耗15％的建筑物夏季制冷用电需求高峰通常出现在正午。也因此，白天的辐射制冷，尤其是正午阳光直射下的辐射制冷一直是被动制冷领域研究人员致力攻克的技术难题。然而，即使是理想的黑体辐射，通过红外形式，辐射出表面的热功率也只有100瓦/平米左右。同时考虑到热传导和对流的存在，预实现正午阳光直射下低于周边环境气温的制冷，表面的总体太阳反射率必须不低于0.94，在大气窗口(8～13微米)具有很好的选择性辐射或表面同时在大气窗口及整个红外区域均有很好的红外辐射时。
4.直到2014年，斯坦福大学的学者们才利用镀银光子辐射制冷器，首次成功实验观察到阳光直射下表面温度低于周边环境气温的辐射制冷现象。自此以后，白天的辐射制冷技术成为过去几年里世界范围内最热门的前沿研究领域之一。先后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。
5.然而，上述低于周边环境气温的辐射制冷或荧光及辐射制冷技术，其共同特征在于其表面全部为白色，这是因为相对于其它颜色，白色具有最高的太阳反射率，能够最大限度地反射入射到表面的太阳热。众所周知，白色表面在可见光区域具有大于0.9以上的光谱反射率，用于建筑屋顶(尤其是坡屋顶)和墙面时，必然引起炫目，造成光污染。再者，白色表面容易被污染，因而会引起太阳反射率的下降，降低甚至是丧失制冷效果。此外，建筑物表面全部采用白色不符合建筑审美需求，无法满足建筑业主对建筑色彩多样性的需求。
6.众所周知，表面之所以呈现出某一特定颜色，是因为表面吸收了可见光光谱中该颜色的补色，反射出该颜色所致。吸收某一波段的可见光必然引起可见光光谱反射率的下降，同时还要吸收一部分近红外，导致总体太阳反射率的下降，无法实现表面温度低于周边环境气温的制冷目的所需要的高太阳反射率(不低于0.94)。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种淡黄色制冷涂料及其制备方法和应用，本发明制冷涂料应用于混凝土表面时，涂层呈现淡黄色，其表面温度在阳光直射下明显低于周边环境温度，有显著的制冷效果，在满足建筑美学需求和消除光污染的同时具有明显的被动节能效
果。
8.本发明目的通过以下技术方案来实现：
9.一种淡黄色制冷涂料，以质量百分含量计，包括苯丙乳液35
‑
45％、紫色光致发光颜料3
‑
5％、其它光致发光颜料12
‑
18％、二氧化钛25
‑
30％、黄色颜料1
‑
2％、水10
‑
15％及助剂2
‑
5％；所述制冷涂料在阳光直射下表面温度低于周边环境气温。
10.进一步，所述淡黄色制冷涂料以质量百分含量计，包括苯丙乳液38
‑
42％、紫色光致发光颜料3
‑
4％、其它光致发光颜料14
‑
16％、二氧化钛27
‑
30％、黄色颜料1
‑
1.5％、水12
‑
14％及助剂3
‑
4％。
11.二氧化钛在紫外区域(250～400nm)的特征吸收(90％)使得该区域的光谱反射率很低，加入紫色光致发光颜料可以补偿紫色光子，提高近紫外区域的光谱反射率；黄色颜料的作用是使涂层表面吸收可见光区域的紫色光。其它光致发光颜料的加入，通过吸收紫外线被激发后在可见光区域(400～700nm)发光。紫色光致发光颜料和其它光致发光颜料的协同作用不仅提高了涂层近紫外区域的光谱反射率而且增强了涂层表面在可见光区域的光谱反射率。金红石型二氧化钛的加入可以使得涂层表面在近红外区域(700～2500nm)维持很高的光谱反射率。
12.进一步，所述其它光致发光颜料为黄绿色光致发光颜料、蓝绿色光致发光颜料、蓝色光致发光颜料、红色光致发光颜料、橙色光致发光颜料中的一种或多种组合物。加入上述光致发光颜料可以增强涂层在可见光区域的光谱反射率，其中增强幅度最大的是黄绿色光致发光颜料。
13.进一步，所述黄色颜料为镉黄、铬黄、钛铬黄、钛镍黄、锶铬黄、耐晒艳黄、联苯胺黄中的一种或多种组合物。黄色颜料在涂料中的主要作用就是赋予涂料颜色的作用，镉黄、铬黄、钛铬黄、钛镍黄、锶铬黄、耐晒艳黄、联苯胺黄在近红外区域的光谱反射率分别为0.87、0.83、0.83
‑
0.86、0.77
‑
0.87、0.86、0.87和0.87。
14.进一步，所述二氧化钛为金红石型二氧化钛。二氧化钛有三种晶型，其中金红石型二氧化钛是涂料工业中普遍使用的白色颜料，锐钛型一般只有做光催化涂料时使用，板钛型不稳定。
15.进一步，所述助剂包括分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂、成膜助剂中的一种或多种。
16.一种淡黄色制冷涂料的制备方法，所述制备方法为将苯丙乳液、紫色光致发光颜料、其它光致发光颜料、二氧化钛、黄色颜料，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，然后将分散好的混合物研磨，向分散研磨完毕后的混合物中加入增稠流平剂和成膜助剂，低速搅拌后，分散均匀即可得到浅黄色制冷涂料。
17.一种淡黄色制冷涂料的应用，所述制冷涂料在以混凝土、金属、硅晶板、石材和木材作为基材中的应用。
18.一种淡黄色制冷涂料的应用，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。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.本申请制冷涂料利用补色光子补偿和荧光光子补偿的方法，通过在黄色面漆中加入紫色和其它如黄绿色光致发光颜料，提高了涂层在太阳光谱紫外区域和可见光区域的光
谱反射率。同时，加入二氧化钛，维持涂层在近红外区域的高光谱反射率，从而使得涂层表面的总体有效太阳反射率大于0.95，总体红外辐射率大于0.92，充分满足了阳光直射下表面温度低于周边环境气温这一被动制冷技术对表面总体太阳反射率不低于0.94的最低要求。
21.将本发明制冷涂料应用于混凝土表面时，涂层呈现淡黄色的同时，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，在满足建筑美学需求和消除光污染的同时具有明显的被动节能效果。
附图说明
22.图1为实施例1浅黄色制冷涂料的光谱反射率曲线；
23.图2为涂敷实施例淡黄色制冷涂料的模型房在户外测试期间的太阳辐照强度、屋顶涂层表面温度与周边环境温度的对比以及模型房室内温度与周边环境温度的对比；
24.图3为实施例2浅黄色制冷涂料的光谱反射率曲线；
25.图4为涂敷实施例2淡黄色制冷涂料的模型房在户外测试期间的太阳辐照强度、屋顶涂层表面温度与周边环境温度的对比以及模型房室内温度与周边环境温度的对比；
26.图5为实施例3浅黄色制冷涂料的光谱反射率曲线；
27.图6为涂敷实施例3淡黄色制冷涂料的模型房在户外测试期间的太阳辐照强度、屋顶涂层表面温度与周边环境温度的对比以及模型房室内温度与周边环境温度的对比。
具体实施方式
28.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。
29.光学性能及户外制冷性能测试
30.将制备好的浅黄色制冷涂料喷涂到铝合金板上，用紫外/可见光/近红外分光光度计测试涂层在紫外、可见光和近红外区域的光谱反射率以及总体太阳反射率；用便携式红外发射率测定仪测定涂层的红外发射率。
31.用辊涂方式涂敷在预制混凝土搭建好的2.5米长
×
4.5米宽
×
3.0米高的足尺寸模型房的屋顶和墙面进行户外实验，涂层干膜厚度大于等于300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，然后刷上浅黄色制冷涂料，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。
32.实施例1
33.本实施例浅黄色制冷涂料中，苯丙乳液、紫光荧光粉、天蓝荧光粉、金红石型二氧化钛、钛镍黄、水、聚羧酸氨盐分散剂、壬基酚聚氧乙烯醚润湿剂、聚醚消泡剂、聚氨酯增稠流平剂、酯类成膜助剂的质量百分比含量分别为：40％，5％，14％，25％，1％，10％，1％，1％，1％，1％，1％。
34.将苯丙乳液、紫光荧光粉、天蓝荧光粉、金红石型二氧化钛、钛镍黄，聚羧酸氨盐分
散剂、壬基酚聚氧乙烯醚润湿剂、聚醚消泡剂和水在加有研磨珠或玻璃珠的容器中混合后以1100转/分钟的速度搅拌分散30分钟，然后将分散好的混合物通过真空压入研磨罐中研磨30分钟，向分散研磨完毕后的混合物中加入聚氨酯增稠流平剂、酯类成膜助剂，低速搅拌后(400转/分钟的速度搅拌分散30分钟)，分散均匀即可得到浅黄色制冷涂料。
35.图1为实施例1浅黄色制冷涂料的光谱反射率曲线。涂层在紫外、可见光及近红外区域的光谱反射率、总体太阳反射率、总体红外辐射率、大气窗口红外辐射率见表1。由表1可知，实施例1制备的淡黄色制冷涂料在紫外、可见光、近红外区域的光谱反射率分别为0.870、0.958和0.948；总体太阳反射率为0.951；总体红外辐射率及大气窗口的红外辐射率分别为0.920和0.953。
36.表1
[0037][0038]
图2为涂敷本实施例淡黄色制冷涂料的模型房在户外测试期间的太阳辐照强度(图2a)、屋顶涂层表面温度与周边环境温度的对比(图2b)以及模型房室内温度与周边环境温度的对比(图2c)。从图2可以看出，在晴朗天气下(图2a)，屋顶涂层的表面温度恒低于气温，中午时段屋顶涂层表面温度最高可低于周边环境气温10℃以上，涂敷本实施例浅黄色制冷涂料的模型房室内温度在白天也低于周边环境气温10℃以上。
[0039]
实施例2
[0040]
本实施例浅黄色制冷涂料中，苯丙乳液，紫光荧光粉，蓝绿荧光粉，金红石型二氧化钛，钛镍黄，水，聚羧酸氨盐分散剂、壬基酚聚氧乙烯醚润湿剂、聚醚消泡剂、聚氨酯增稠流平剂、酯类成膜助剂的质量百分比含量分别为：45％，3％，12％，26％，2％，10％，0.4％，0.4％，0.4％，0.4％，0.4％。
[0041]
将苯丙乳液、紫光荧光粉、蓝绿荧光粉、金红石型二氧化钛、钛镍黄，聚羧酸氨盐分散剂、壬基酚聚氧乙烯醚润湿剂、聚醚消泡剂和水在加有研磨珠或玻璃珠的容器中混合后高速搅拌(1200转/分钟)分散30分钟，然后将分散好的混合物通过真空压入研磨罐中研磨30分钟，向分散研磨完毕后的混合物中加入聚氨酯增稠流平剂、酯类成膜助剂，低速搅拌后(300转/分钟的速度搅拌分散40分钟)，分散均匀即可得到浅黄色制冷涂料。
[0042]
图3为实施例2浅黄色制冷涂料的光谱反射率曲线。涂层在紫外、可见光及近红外区域的光谱反射率、总体太阳反射率、总体红外辐射率、大气窗口红外辐射率见表2。由表2可知，淡黄色制冷涂料实施例1在紫外、可见光、近红外区域的光谱反射率分别为0.840、0.967和0.939。总体太阳反射率为0.951。总体红外辐射率及大气窗口的红外辐射率分别为0.925和0.952。
[0043]
表2
[0044][0045]
图4为涂敷本实施例淡黄色制冷涂料的模型房在户外测试期间的太阳辐照强度(图4a)、屋顶涂层表面温度与周边环境温度的对比(图4b)以及模型房室内温度与周边环境
温度的对比(图4c)。从图4可以看出，在晴朗天气下(图4a)，屋顶涂层的表面温度恒低于气温，中午时段屋顶涂层表面温度最高可低于周边环境气温9℃左右，涂敷本实施例浅黄色制冷涂料的模型房室内温度在白天也低于周边环境气温10℃以上。
[0046]
实施例3
[0047]
本实施例浅黄色制冷涂料中，苯丙乳液，紫光荧光粉，黄绿荧光粉，金红石型二氧化钛，钛镍黄，水，聚羧酸氨盐分散剂、壬基酚聚氧乙烯醚润湿剂、聚醚消泡剂、非离子型增稠流平剂、酯类成膜助剂的质量百分比含量分别为：42％，4％，13％，28％，1％，10％，0.4％，0.4％，0.4％，0.4％，0.4％。
[0048]
将苯丙乳液、紫光荧光粉、黄绿荧光粉、金红石型二氧化钛、钛镍黄，聚羧酸氨盐分散剂、壬基酚聚氧乙烯醚润湿剂、聚醚消泡剂和水在加有研磨珠或玻璃珠的容器中混合后高速搅拌(搅拌速率1000转/分钟)分散30分钟，然后将分散好的混合物通过真空压入研磨罐中研磨30分钟，向分散研磨完毕后的混合物中加入聚氨酯增稠流平剂、酯类成膜助剂，低速搅拌后(450转/分钟的速度搅拌分散25分钟)，分散均匀即可得到浅黄色制冷涂料。
[0049]
图5为实施例3浅黄色制冷涂料的光谱反射率曲线。涂层在紫外、可见光及近红外区域的光谱反射率、总体太阳反射率、总体红外辐射率、大气窗口红外辐射率见表3。由表3可知，淡黄色制冷涂料实施例3在紫外、可见光、近红外区域的光谱反射率分别为0.796、0.967和0.948。总体太阳反射率为0.953。总体红外辐射率及大气窗口的红外辐射率分别为0.919和0.959。
[0050]
表3
[0051][0052]
图6为涂敷本实施例淡黄色制冷涂料的模型房在户外测试期间的太阳辐照强度(图6a)、屋顶涂层表面温度与周边环境温度的对比(图6b)以及模型房室内温度与周边环境温度的对比(图6c)。从图6可以看出，即使在多云天气下(图6a)，辐射和荧光制冷效果不是很理想的情况下，屋顶涂层的表面温度仍然低于气温，中午时段屋顶涂层表面温度最高可低于周边环境气温6℃左右，涂敷浅黄色制冷涂料实施例3的模型房室内温度在白天也低于周边环境气温10℃以上。
[0053]
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。