随着夏季的到来，日晒对建筑、路面、车辆等带来的高温愈发给人们带来了不适，同时也影响着设施设备的能耗、寿命与安全。热反射涂料能利用填料的高折光率对太阳辐射进行有效反射，来降低物质吸收的热量，从而缓解高温日晒对物体表面带来的影响，提高节能性、安全性与舒适性。

 

1. 热反射涂料的降温机理

 

太阳辐射波段中，可见光与红外光分别占辐射总能量的50%和43%，且后者照射至物体表面后转化成热量的速度很快。热反射涂料主要是对可见光区（400~760 nm）和红外光区（760~2500 nm）辐射进行反射，其必须具备尽可能高的反射率和尽可能低的吸收率，才能确保热量能最大程度不被吸收，实现降温。

 

同时，根据大气对红外辐射的吸收特性，更为理想的情况则是热反射涂料可以将吸收的能量以800~1400 nｍ波长的能量反射出去，这个波段的能量被大气吸收少，可以更好地实现物体表面及周围环境的持续降温，缓解夏季“热岛效应”。

 

2. 热反射涂料的成膜物质

 

热反射涂料的成膜物质一般为树脂。在众多树脂品类中，一般选择透明度高（≥80%）、对太阳能吸收率低的树脂作为成膜物质。

 

聚氨酯树脂涂料能表现出良好的柔韧性能，加之聚氨酯树脂合成单体多，配方调整空间大，可以与丙烯酸、环氧、有机硅和有机氟单体进行改性，性能调试空间大，因此在被广泛应用于车辆、家具、化工储罐、船舶等领域。但由于其生产成本昂贵，粘接性能略差，应用于建筑、道路的热反射涂料并未普及。

 

环氧树脂具有价格低、粘接性能优、强度高、使用范围广等特点。常用胺类物质或酸酐类物质对环氧树脂进行固化，前者在室温下就可固化，而后者需在高温下固化。由于环氧树脂结构中存在大量苯环、环氧基团，其耐老化性能（尤其是抗紫外老化性能）较差，因此不适用于青藏、云南等海拔高、紫外线强的地区。有研发团队通过掺入特定型号的紫外吸收剂与受阻胺光稳定剂，让环氧树脂热反射涂料的耐老化性能显著改善。

 

丙烯酸树脂是一个大家族，包括氟丙树脂、醋丙树脂、叔丙树脂、纯丙树脂、硅丙树脂、苯丙树脂等，研制热反射涂料时应根据所需要的性能选择合适的丙烯酸树脂。日本某科研团队发明的一种用于沥青路面的丙烯酸树脂热反射涂料具有固化快、降温效果好等优点，涂料颜色有黑色和灰色两款，能使沥青路面温度分别降低10 ℃和17 ℃ 。不过，丙烯酸树脂热反射涂料也存在气味重、大面积施工时VOC释放量较高、玻璃化温度偏低、材料损耗因子高、耐磨性差等缺点。

 

综上所述，单一树脂具有各自的优缺点，难以将涂料的性能发挥到极致。因此在热反射涂料的实际研发中，更倾向于运用复合树脂可将单一树脂的优势进行互补，明显改善性能。

 

3. 热反射涂料的填料

 

热反射涂料的填料包括着色功能颜料和反射功能填料。着色功能颜料改变涂料颜色，使设施设备更加美观；反射功能填料则尤为重要，它确保了涂料对于太阳辐射的高反射率和低吸收率，决定了物体表面的冷却性能。填料的折光率越大、对光线的反射率越高、吸收率越低，涂料的冷却性能就越好。研究发现，热反射涂料的填料粒径也会影响反射波长，因此在选择填料时应进行实验验证。

常见填料的折光率

近年来，多重降温功能填料成为研究热点，如辐射降温填料、隔热降温填料等。中空玻璃微珠由于具有质轻、隔音、隔热等特点，经常与反射功能填料共同使用制备热反射涂料；二氧化钛作为一种高折光率物质也常应用于涂料中。

 

4. 热反射涂料的助剂

 

热反射涂料中的助剂用量虽然很少，仅占百分之几，却能明显提高热反射涂料的应用性能。油性热反射涂料和水性热反射涂料中的助剂种类与用量均有所差异：油性热反射涂料主要使用消泡剂、分散剂和降黏剂等调节涂料使用性能；水性热反射涂料与涂覆表面存在较大的表面张力差，使用时还需考虑因界面产生的涂层缺陷，因此使用助剂种类较多，如成膜助剂、消泡剂、分散剂、增稠剂、防沉剂、湿润剂和流平剂等，助剂用量也较多。

 

5. 热反射涂料的展望

 

随着绿色化、宜居化、科技感成为当前城市发展建设的趋势，作为一种新型节能材料的热反射涂料也受到了行业的关注与青睐。而由于技术研发、苛刻环境与涂装施工等的局限，热反射涂料依然存在较大的发展空间。

 

目前大多数热反射涂料仍为溶剂型，在使用过程中存在高VOC的问题，对环境和人员健康造成危害。水性化和无溶剂化是其发展趋势，但与传统溶剂型涂料相比，环保型水性涂料的一些性质依然有待改进，大范围替代仍需加大投入研发。

 

其次，无论溶剂型还是水性热反射涂料的耐久性均不是很理想。在长期的高温照射下，树脂老化、颜填料剥离、抗紫外性下降等问题最终都容易导致涂层被破坏。因此，延长热反射涂料的使用寿命、提高其耐候性能也是今后的研究方向。

 

此外，由前文可知，热反射涂料的降温节能效果源自于高效的反射功能填料，高反射率、低吸收率的功能填料无疑成为了当前的研发重点。与此同时，功能复合型、质轻、制备容易、施工方便、低成本、性能稳定等也是理想型功能填料需要追求的。

参考文献：化学与生物工程, 2021, 38(5): 8-13.

 

来源：Internet

关键词： 涂料