红外反射颜料| PCI杂志介绍 - 2022年世界杯分组表

虽然人眼只对电磁光谱的一小部分敏感，但色素与可见光以外波长的相互作用会对涂层性能产生有趣的影响。光谱的一个关键区域是红外(IR)，特别是近红外。虽然人眼不可见，但颜料和涂层的红外特性会影响可用性和耐久性。

红外反射涂层的主要目的是保持物体比使用标准颜料时的温度更低。这种红外反射特性是它们在市场上使用的基础，如美国环保署能源之星计划的凉爽屋顶和加州能源委员会2008年版的24号标题。这项技术也被应用在交通和其他领域，在这些领域，保持凉爽的能力是一个有价值的好处。

提高红外反射率最简单的方法是使用二氧化钛等白色颜料。二氧化钛反射可见光和红外线。对抗这种“白枯萎病”和生产创新的彩色IR反射涂层的关键是使用颜料，吸收可见光产生颜色，并在IR中反射以获得凉爽。根据这些需求，Shepherd Color开发了一系列高度工程化的产品，称为Arctic®ir反射颜料。北极颜料系列提供了一系列颜色，使涂料的配方和材料的设计能够满足红外反射率和长期耐久性的要求，并提供深而丰富的颜色。

关于用于制造红外反射涂料的颜料的文章已经写过了。本文旨在向化学家和配方师介绍与ir反射涂层的配方和优化有关的一些具体问题和现象。一些变量和因素，可以影响涂料的红外反射率是个别颜料的选择，研磨和分散，混合红外反射颜料，不透明度和污染。

太阳光谱

任何关于红外涂层的讨论都需要对基础物理进行简短的回顾。到达地球表面的太阳能量分为三部分。

紫外线(295-400纳米):紫外线区域从大气截止点295纳米开始。虽然紫外线只占到达地球表面的太阳能量的5%左右，但它是导致涂层退化的主要原因。

可见光(400-700纳米):大约50%的太阳能量构成了使我们感知颜色的波长。

红外线(700- 2500nm):太阳总能量的45%在红外线区域。从图1可以看出，红外范围内的大部分能量都集中在700- 1200nm范围内。超过2500纳米，几乎没有太阳能。太阳红外区域不同于物体以热的形式发出的红外能量。对于大多数日常物体，所发射的热量波长要长得多，并且依赖于物体的黑体特性。

对于室外环境中的物体，反射率、发射率、对流和传导这四种主要机制决定了其温度。对流很大程度上取决于空气的流动，而传导则取决于物体的绝缘程度以防止热流。反射率和发射率是可以控制的因素。

很酷的机制

物体从这三个区域反射或吸收太阳能:紫外线、可见光和红外线。太阳总反射率(TSR)描述了一个物体反射太阳能量的多少。测定TSR的常用仪器是设备和服务3型SSR太阳光谱反射率计，通常被称为“D&S”。D&S返回TSR的单个数字，而分光光度计读取可用于生成本文中看到的光谱反射率曲线的单个波长。反射率可以通过精心选择高红外反射北极颜料来控制。关键是反射红外线，并在可见区域吸收反射，以产生所需的颜色。

冷却涂料系统

谢泼德色彩公司为高性能涂料市场提供颜料。这些产品，包括北极系列，都是高度工程化的陶瓷颜料。这些颜料也被称为混合金属氧化物(MMO)或复合无机彩色颜料(CICP)，为要求苛刻的应用提供持久的颜色。颜料的无机陶瓷性质提供了耐高温，化学，酸，碱，风化和环境污染物。

色彩搭配蒙眼颜料选择

冷涂料应选用反光性最强的颜料。炭黑、氧化铁黑或铬酸铜黑是大多数配方的标准黑色颜料，但它们的红外反射率非常低，TSR约为6%。配制冷涂料的一个关键是使用红外反射黑色颜料。一般来说，红外反射配方包含北极黑10C909，以降低与其他北极颜色制成的颜色的L值。黑色411提供了更高的TSR，但底色更红。北极颜料的完整列表(表1)提供了一个几乎全色域，用于帮助制定高ir反射涂料。

当颜料中加入TiO2以制成着色剂时，masstone的TSR优势也继续存在。图2纵轴为TSR，横轴为亮度L值。每条线代表一种不同的颜料，左边的圆点(低l值)是masstone。添加白色增加了L值，增加了TSR。从图中可以看出，具有25% TSR的低l值灰岩颜色可以使用ir反射黑色来实现，而标准黑色需要混合到浅灰色到中灰色才能实现25% TSR。

分散

北极颜料适用于几乎所有溶剂和水性涂料体系，包括聚酯、丙烯酸和含氟聚合物体系。为了达到充分分散和最佳性能，颜料应在小型介质磨中分散到至少7赫格曼。必须注意不要过度研磨颜料。额外的研磨会将颜料分解成更小的颗粒，导致颜色的变化，这通常会增加色调强度，但会减轻石质。经过分散步骤的一致研磨需要仔细控制，以最大限度地提高颜色和IR属性。图3显示，随着磨矿量的增加，Arctic IR Black 10C909在灰岩中的重量变轻，TSR变低，这两种情况都是不可取的。

许多添加剂可用于生产稳定的分散体。在一些体系中，由于颜料固有的分散特性，不需要添加剂。由于其比重高，应仔细筛选成品涂料以进行色素沉淀。

混合颜料

很少有颜色是单一颜料的分散体。为了搭配一种颜色，当一种以上的颜料混合在一起形成一种颜色时必须小心。如上所示，任何与白色混合的北极颜料都会比北极颜料本身提供更高的太阳总反射率。两种具有不同吸收区域的北极颜料混合在一起时，其反射率将低于颜料单独的反射率。一个很好的例子是北极蓝211和黑色10C909的混合。虽然两者都有大约25-30%的TSR，但当它们结合在一起时，TSR将低于单个色素的加权平均值，如图4所示。

对红外光谱曲线的检查(图5和图6)表明，黑色的反射率恰好是蓝色的钴吸收带开始的时候。这是意料之中的，因为彩色薄膜并不真正反射;它们要么吸收，要么散布，要么传播。颜料的吸收力超过了散射力。在厚的物体中，这种吸光度和散射率之间的斗争比透光率更重要。但在相对较薄的漆膜世界中，透光率也可以发挥一个因素。

不透明度

CICPs，如北极颜料，以其高可见不透明度而闻名。更难以看出的是，由于它们在IR区域不吸收，因此仅剩下散射和透射两种机制。薄膜可能不能完全散射并将太阳能量反射出涂层，因此红外能量可能会继续通过基材。

图7显示了漆膜如何在视觉上是不透明的，而在IR中仍然是半透明的。一种溶剂型风干丙烯酸被用来制作不同颜料与粘合剂比例的涂料。然后颜料被画在Leneta卡片的黑色和白色部分。读取可见对比度，通过将卡的黑色部分上的TSR读数除以卡的白色部分上的TSR读数来确定“TSR对比度”。对于每种颜料与粘合剂的比率，P/B，分别绘制对比度，以及涂层的60度光泽度。可以看出，薄膜获得视觉不透明度比红外不透明度快得多。随着P/B比值的增加，如果P/B保持不变，薄膜厚度增加，也可以看到类似的行为。

这种视觉和红外不透明度的差异导致了许多问题。颜料和涂料的TSR取决于基材和薄膜厚度。这使得在不了解其应用和使用细节的情况下，很难预测颜料或涂料的TSR。与用IR黑、其他非IR吸收颜料或留白制成的类似颜色底漆相比，用炭黑制成的灰色底漆会造成更大的TSR损失。

除了这些缺点外，其优点是红外反射基板可以帮助保持涂层的TSR较高。图8所示的图与图7中的图不同，它说明了含有黑色10C909的涂层的可见对比度以及TSR读数。红色和蓝色的线分别代表白色和黑色的TSR。毫不奇怪，当薄膜在视觉上不透明时，TSR会有所不同，但当达到视觉不透明时，TSR也会高于白色。随着P/B的增加和Leneta卡的黑色和白色部分的隐藏，TSR数字开始收敛。在大约0.4到0.8的范围内，黑色10C909薄膜显示出良好的视觉不透明度，并能够最大限度地提高涂层在反射基材上的TSR。

污染

最后一个问题是污染问题。图9显示了前面所示的曲线，显示了黑色10C909和蓝色211混合在一起时TSR的下降。对TSR更有害的是设计或污染了不反射ir的黑色，如炭黑。如图所示，炭黑的掺入量仅为0.10%，在颜色开始剧烈变化之前，就会极大地影响混合物的TSR。这表明了两个教训:一是工厂和处理设备必须清洁，以确保不会发生交叉污染;二是即使使用少量的非红外颜色来遮蔽一批产品，也会对TSR产生严重影响。

结论

用于各种应用的红外反射涂料的配方取决于许多因素，其中一些是肉眼无法看到的。配制这些涂料有两个主要的关键。第一个与本文中列出的物理特征有关。

个别颜料选择:选择ir反射颜料。

研磨和分散:不要过度研磨和降低红外特性。

混合IR反射颜料:要注意不同类型的颜料在IR区域的不可见相互作用。

不透明度:如果可能的话，使用红外反射基材/底漆，或控制颜料到粘合剂和薄膜厚度，以最大限度地减少吸收基材的影响。

污染:即使是少量的吸收ir的色素也能大大降低TSR。

第二个关键是与产品、研究和最重要的技术支持合作伙伴合作，使您能够制定、测试和验证您的ir反射涂层。红外范围是肉眼看不到的，标准分光光度计无法覆盖，只能通过昂贵和专业的设备来测量。一个可以指导您进行颜料选择、配色和测试的合作伙伴，以及不同法规和程序的指导，可以在制定、营销和支持差异化ir反射涂料方面提供宝贵的帮助。

参考文献
1 . EPA能源之星屋顶:www.energystar.gov/ index.cfm?c=roof_prods.pr_roof_products。
2加州能源委员会:www.energy.ca.gov/。
3设备和服务:10290 Monroe Dr.， Ste. 202, Dallas, TX 75229;214/902.8337;
www.devicesandservices.com。

Arctic®是The Shepherd Color Company的注册商标。