热反射性、仿石效果涂层体系的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种热反射性、仿石效果涂层体系，更具体地，涉及一种能够为墙面 (特别是外墙面）提供仿石效果、降低建筑墙体的传热系数和/或提高建筑墙体的热反射性 能的热反射性、仿石效果涂层体系。
【背景技术】
[0002] 在涂料工业中，由涂料组合物形成的涂层对被涂装的目标基材（特别是建筑墙 体）具有保护作用和装饰作用。水包水性多彩涂料组合物在目标基材（包括建筑墙体）上 涂布之后会形成具有天然石材的花纹、色彩的装饰效果。与天然石材相比较，这种具有仿石 效果的多彩涂料具有更广泛的应用空间。
[0003] 此外，随着经济的日益发展，能耗问题越来越受到人们的关注。作为能源消耗的大 户，建筑能耗每年约占全国能耗的30%至40%左右。因此，如何降低建筑能耗成为各类节 能研究中最紧迫、最亟待解决的问题。建筑节能主要体现在两个方面：保温和隔热，两者都 是为了保持室内具有适宜的温度而采取的措施。保温一般指维护结构在冬季阻止室内向室 外传热，而使室内保持适当的温度；而隔热通常指维护结构在夏季隔离太阳辐射热和室外 高温的影响，使其内表面保持适当温度。在建筑隔热材料中，隔热涂层或涂层体系因使用方 便、隔热效果好及经济可行等优点而越来越受到人们的青睐。
[0004] 考虑到上述建筑墙体在隔热性能以及美观方面的需求，需要提供一种热反射性、 仿石效果涂层体系，该涂层体系不仅能够通过降低被涂墙体的传热系数、反射太阳光能量 而为外墙提供良好的隔热性能，而且能够提供逼真的仿石效果。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种热反射性、仿石效果涂层体系，其包含：
[0006] (a)由第一涂料组合物形成的疏水性底涂层，其中所述第一涂料组合物包含水性 胶乳，且所述底涂层的透水率为至多0. 3mL/24小时；
[0007] (b)由第二涂料组合物形成的热反射性底色涂层，其中所述第二涂料组合物包含 热反射填料；
[0008] (C)由第三涂料组合物形成的并且具有多彩色点的热反射性仿石效果涂层，其中 所述第三涂料组合物包含热反射填料；和
[0009] (d)可选的涂覆在所述热反射性仿石效果涂层之上的由第四涂料组合物形成的耐 污性罩面层，其中所述耐污性罩面层，当根据耐污性试验方法GB/T9780测定时，具有10 % 或更小的平均反射率下降，或者具有1级耐沾污性，
[0010] 其中所述涂层体系，当根据标准JG/T235-2014测定时，在其明度L为40或更低 时，具有至少25%的太阳光反射比；在其明度L为40-80时，具有至少40%的太阳光反射 t匕；在其明度L为80或更高时，具有至少65%的太阳光反射比，并且/或者具有至少85% 的半球发射率。
[0011] 在本发明的实施方式中，所述热反射性、仿石效果涂层体系适用于涂布建筑外墙。
[0012] 本发明还提供了一种涂布外墙的方法，所述方法包括：将本发明的热反射性、仿石 效果涂层体系涂布到所述外墙的外墙面上，从而得到涂布有所述热反射性、仿石效果涂层 体系的外墙。在本发明的实施方式中，所述外墙包含如下建筑材料，所述建筑材料包括混凝 土砌块、石膏板、灰砂砖、加气混凝土、复合轻质板、水泥纤维板及其任意组合。在本发明的 实施方式中，所述仿石效果涂层通过喷涂工艺被涂布到所述外墙的外墙面上。
[0013] 本发明人惊讶地发现，当将包含疏水性底涂层、热反射性底色涂层、以及热反射性 仿石效果涂层的涂层体系涂覆到外墙的外墙面上之后，这些涂层之间产生了协同作用，其 中疏水性底涂层能够减少外部水分向墙体内的渗透，同时能够提高墙体中的水分以水汽形 式向外的扩散，从而降低墙体的随含水量而增大的传热系数；而热反射性底色涂层和热反 射性仿石涂层二者反射太阳光能量，从而为外墙提供了期望的隔热性能。特别的是，热反射 性底色涂层与热反射性仿石效果涂层二者的组合应用能够显著地提高涂层体系的热反射 性能，诸如太阳光反射比、近红外反射比等等，尤其有益于明度较低（例如具有40或更低明 度）的多彩涂层体系。
[0014] 此外，本发明人还发现了，当所述涂层体系额外地包含涂覆在所述热反射仿石涂 层之上的耐污性罩面层时，该耐污性罩面层的设置能够有效提高涂层体系的耐沾污性能， 从而确保了热反射涂层表面清洁，继而对太阳光能量的反射保持长期有效；该耐污性罩面 层还额外地具有自清洁性能，因此本发明的涂层体系即便长期（诸如数周、数月、乃至数 年）处于污染的环境条件下仍能够保持较高的热反射性。
[0015] 因而，外墙面涂布有本发明的热反射性、仿石效果涂层体系的外墙，与涂布有常 规但不含热反射性填料的仿石效果涂层体系的外墙相比，在所述涂层体系具有40或更低 的明度L时，太阳反射比提高了 100-200% ;在所述涂层体系具有40-60的明度L时，太阳 反射比提高了 90-110% ;并且在所述涂层体系具有60-80的明度L时，太阳反射比提高了 10-40%。同样地，外墙面涂布有本发明的热反射性、仿石效果涂层体系的外墙，与涂布有常 规但不含热反射性填料的仿石效果涂层体系的外墙相比，在所述涂层体系具有40或更低 的明度L时，近红外反射比提高了 170-310% ;在所述涂层体系具有40-60的明度L时，近 红外反射比提高了 160-220% ;并且在所述涂层体系具有60-80的明度L时，近红外反射比 提高了 35-50%。
[0016] 进而，外墙面涂布有本发明的热反射性、仿石效果涂层体系的外墙，与未涂布这种 涂层体系的外墙相比，传热系数下降了至少12%。此外或或者，外墙面涂布有本发明的热反 射性、仿石效果涂层体系的外墙，与未涂布这种涂层体系的外墙相比，在广州的气象条件下 具有至少20% /全年的模拟节能效率，或者在上海的气象条件下具有至少15% /全年的模 拟节能效率，或者在北京的气象条件下具有至少6% /全年的模拟节能效率。
【附图说明】
[0017] 图1是在标准测试基板上分别涂布具有不同明度的本发明的多彩涂层体系（A:具 有40-60的明度L;B具有60-80的明度；和C具有40或更低的明度）以及涂布具有类似明 度的常规但不含热反射性填料的多彩涂层体系根据JG/T235-2014测定的TSR结果，其中后 缀-4、-6和-8分别表示多彩涂层体系中色点的疏密程度。
[0018] 图2是在标准测试基板上分别涂布具有不同明度的本发明的多彩涂层体系（A:具 有40-60的明度L;B具有60-80的明度；和C具有40或更低的明度）以及涂布具有类似明 度的常规但不含热反射性填料的多彩涂层体系根据JG/T235-2014测定的NIR结果，其中后 缀-4、-6和-8分别表示多彩涂层体系中色点的疏密程度。
[0019] 图3是模拟建筑围护结构的示意图。
【具体实施方式】
[0020] 除非本文另有声明，描述本发明的上下文中使用的术语"一个"或"一种"应当被 理解为包括复数。
[0021] 在组合物被描述为包括或包含特定组分的情况下，不排除该组合物包含其它可选 组分，并且除非明确地另有指明，预计该组合物也可由所涉及的特定组分构成或组成，或者 在方法被描述为包括或包含特定工艺步骤的情况下，不排除该方法包含其它的可选工艺步 骤，并且除非明确地另有指明，预计该方法也可由所涉及的特定工艺步骤构成或组成。
[0022] 为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组 合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同 样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是 范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自 身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载 的范围。
[0023] 本发明提供了一种热反射性、仿石效果涂层体系，其包含：
[0024] (a)由第一涂料组合物形成的疏水性底涂层，其中所述第一涂料组合物包含水性 胶乳，且所述底涂层的透水率为至多0. 3mL/24小时；
[0025] (b)由第二涂料组合物形成的热反射性底色涂层，其中所述第二涂料组合物包含 热反射填料；
[0026] (C)由第三涂料组合物形成的并且具有多彩色点的热反射性仿石效果涂层，其中 所述第三涂料组合物包含热反射填料；和
[0027] (d)可选的涂覆在所述热反射性仿石效果涂层之上的由第四涂料组合物形成的耐 污性罩面层，其中所述耐污性罩面层，当根据耐污性试验方法GB/T9780测定时，具有10 % 或更小的平均反射率下降，或者具有1级耐沾污性，
[0028] 其中所述涂层体系，当根据标准JG/T235-2014测定时，在其明度L为40或更低 时，具有至少25%的太阳光反射比；在其明度L为40-80时，具有至少40%的太阳光反射 t匕；在其明度L为80或更高时，具有至少65%的太阳光反射比大于65%，并且/或者具有 至少85 %的半球发射率。
[0029] 额外地，本发明的热反射性、仿石效果涂层体系还包含，设置在所述疏水性底涂层 之下的由第五涂料组合物形成的疏水性腻子层，所述第五涂料组合物包含有机硅疏水剂， 并且所述疏水性腻子层具有至多I. 6g/10min的吸水率。
[0030] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述底涂层的透水率小于或等于0. 2mL/24 小时。
[0031] 在本发明的另一优选的实施方式中，所述底色涂层，当为白色时，具有至少85%的 太阳反射比，和/或至少85%的半球发射比，所述太阳反射比和所述半球发射比根据标准JG/T235-2008 测定。
[0032]在本发明的另一个优选的实施方式中，存在这样的罩面层，所述罩面层在被油酸 涂覆，并且在强度为2.OmW/cm2、波长340nm的UV光下辐照24小时之后具有15度或更小的 静态水接触角。
[0033]在本发明的实施方式中，所述热反射性、仿石效果涂层体系用于建筑外墙。在本发 明的一个实施方式中，外墙面涂布有本发明的热反射性、仿石效果涂层体系的外墙，与涂布 有常规但不含热反射性填料的仿石效果涂层体系的外墙相比，在所述涂层体系具有40或 更低的明度L时，太阳反射比提高了 100-200% ;在所述涂层体系具有40-60的明度L时， 太阳反射比提高了 90-110% ;并且在所述涂层体系具有60-80的明度L时，太阳反射比提 高了 10-40%。
[0034]在本发明的一个实施方式中，外墙面涂布有本发明的热反射性、仿石效果涂层体 系的外墙，与涂布有常规但不含热反射性填料的仿石效果涂层体系的外墙相比，在所述涂 层体系具有40或更低的明度L时，近红外反射比提高了 170-310% ;在所述涂层体系具有 40-60的明度L时，近红外反射比提高了 160-220% ;并且在所述涂层体系具有60-80的明 度L时，近红外反射比提高了 35-50%。
[0035]在本发明的另一优选的实施方式中，外墙面涂布有所述涂层体系的外墙的传热系 数，与未涂布所述涂层体系的外墙的传热系数相比，下降了至少12%。
[0036]在本发明的另一实施方式中，外墙面涂布有所述涂层体系的外墙，与未涂布所述 涂层体系的外墙相比，在广州的气象条件下具有至少20% /全年的模拟节能效率，或者在 上海的气象条件下具有至少15% /全年的模拟节能效率，或者在北京的气象条件下具有至 少6% /全年的模拟节能效率。
[0037] 在本文中使用的术语"透水率"是衡量涂层疏水性以及孔隙率二者的量度。具体 地，透水率是指，在环境条件下，例如室温（25°C)、大气压下，特定时间段内，例如24小时 内，渗透通过涂层的水量。一般而言，建筑墙体用涂层的透水率小于或等于0. 5mL/24小时。 在本发明中，疏水性底涂层的透水率为至多〇. 3mL/24小时，但可以大于或等于0. 15mL/24 小时，或大于或等于〇.lmL/24小时。
[0038] 本文中使用的术语"太阳反射比"是指，在300nm至2500nm可见光和近红外波段 反射与同波段入射的太阳辐射通量的比值。
[0039]本文中使用的术语"近红外反射比"是指，在780nm至2500nm近红外波段反射与 同波段入射的太阳辐射通量的比值。
[0040]本文中使用的术语"半球发射率"是指，热辐射体在半球方向上的辐射出射度与处 于相同温度的全辐射体（黑体）的辐射出射度的比值。
[0041]本文中使用的术语"平均反射率"是指，投射到物体上被反射的辐射能与投射到物 体上的总辐射能之比。通常，物体表面被污染物沾污会引起该物体的平均反射率的下降。在 本发明中，被石墨粉制成的配制灰沾污而引起的罩面层的平均反射率的下降最多为10 %， 甚至更小。
[0042]本文中使用的术语"静态水接触角"是用来衡量涂层亲水性（或疏水性）的量度。 一般而言，疏水性涂层的特征在于，静态水接触角为90°或更高；而亲水性涂层的特征在 于，静态水接触角低于90°。在本发明中，被油酸等疏水性有机污染物污染的罩面层在强度 为2.OmW/cm2、波长340nt的UV光下辐照24小时之后保持15度以下的静态水接触角，即保 持良好的亲水性。
[0043] 本文中使用的术语"理论计算的干膜厚度"是通过理论计算而非实际测量得到的 干膜厚度。实践中，可以通过如下进行理论计算：
[0044]
[0045] 在本发明中，亲水性罩面层具有0. 2至2微米的理论计算的干膜厚度。
[0046] 本文中使用的术语"吸水率"被定义为涂层在特定时间段内吸收的水量。一般而 言，建筑墙体用涂层的吸水率小于2. 0g/10min。在本发明中，外墙用疏水性腻子层的吸水率 为I. 6g/10min或更低。
[0047] 本文中使用的术语"明度"是指，物体表面颜色明亮程度的视知觉特性值，以绝对 白色和绝对黑色为基准进行分度，以L表示。在涂料领域中，根据明度来划分涂层体系的热 反射性能。
[0048] 本文中使用的术语"传热系数"是指，在由建筑墙体构成的围护结构两侧的空气温 度差为IK的条件下，在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量，单位为WAm2.K)。
[0049] 本文中提及的"模拟节能效率"基于建筑围护模型及建筑围护结构参数通过对从 华东、华南、华北各地区选取的典型城市上海、广州、和北京进行模拟而获得。其具体确定 方法参见测试部分的模拟节能效率。例如，"在XX地区的气象条件下模拟节能效率为a% " 是指，在XX地区的气象条件下，外墙面涂布有热反射性、仿石效果涂层体系的建筑围护结 构的夏季制冷能耗与冬季制热能耗的总和（全年能耗），与未涂布该热反射性、仿石效果涂 层体系的建筑围护结构的全年能耗相比，下降的百分分数，其中XX地区的气象条件可以由 美国能源部DOE的权威数据获得，例如由DOE得到的广州的气象文件为"CHN_Guangzhou_ 頂EC"。具体地，可通过如下公式计算：
[0051] 其中：
[0052] a%表示模拟节能效率，以％计；
[0053] Eu表示未涂布热反射性、仿石效果涂层体系的围护结构的全年能耗，以GJ计；并 且
[0054] Ec表示涂布有热反射性、仿石效果涂层体系的围护结构的全年能耗，以GJ计。
[0055] 当在"涂层涂覆在表面或基材上"这样的上下文中使用时，术语"在......上"包 括涂层直接地或间接地涂覆到表面或基材上。因此，例如一个涂层涂覆到基材上的底涂层 上相当于该涂层涂覆在基材上。
[0056] 当在"第一涂层被设置在第二涂层之下"这样的上下文中使用时，术语 "在......之下"包括第一涂层位于第二涂层下方并且与该第二涂层直接接触。因此，例如 疏水性腻子层被设置在疏水性底涂层之下相当于腻子层在底涂层下方并且与该底涂层直 接接触。
[0057] 术语"溶胶"是指颗粒（例如纳米二氧化钛颗粒）在液体载剂中的分散体，所述液 体载剂包含水或水和可与水混溶的溶剂形成的水性溶剂以及可选的分散剂、PH调节剂等附 加添加剂。
[0058]在本发明中，涂料组合物的前缀，如"第一"、"第二"、"第三"、"第四"和"第五"，并 不具有任何限制含义，仅用于区分目的。