涂层厚度对水性彩色反射涂料反射率影响的研究
郭宇，倪正发，杜文庆，李雪妮(北京京能恒基新材料有限公司，北京 100040)
0 前言
在节能减排大趋势的影响下，水性热反射涂料得到越来越多的关注，并逐渐成为研究的热点。涂层表面接受太阳辐射可以分为3部分：紫外光区(295～400 nm)、可见光区(400～720 nm)、红外光区(720～2 500 nm)，其中可见光区和红外光区占太阳辐射能量的95%[1]。任何物质都具有反射或吸收一定波长太阳光的性能。入射在涂膜上的太阳辐射能被吸收、透射或反射，其吸收率(σ)、透过率(ρ )和反射率(τ)之间有式(1)下关系：
σ + ρ + τ =1 (1)
因此只有减少吸收率，降低透过率，也就是增强涂层对比率，才能提高涂层的反射能力。反射型节能涂料就是通过适当选择透明性好的树脂和反射率高的填料，以达到反射光和热的目的[2]。由于反射型节能涂料具有高反射率和低导热性能，使得涂层在超过一定厚度时，其反射性能只受涂层表面的反射率影响，而与涂层厚度无关。
反射型节能涂料是一种高性能功能性涂料，其使用环境直接处于室外，除了热反射性能之外，还需要满足其他物理性能要求，如附着力、耐候性、耐沾污性等。因而，反射型节能涂料的PVC不能太高，否则无法提供涂层优良的户外保护性能。当反射型节能涂料应用于金属表面时，为增强涂层之间的附着力，提高涂层耐久性，先使用铁红防锈底漆，然后再涂装反射型节能涂料。测试结果表明，这种复合涂层对反射率没有影响。
1 试验部分
1.1 主要原材料
纯丙乳液BA-201、BA-104：东联化工；红外反射颜料Altiris 550、Altiris 800：亨斯迈；铁铬黑Shephard黑10c909A：薛特；各种颜色水性色浆；其他包括：疏水剂、成膜助剂Texanol、润湿分散剂、消泡剂、增稠剂、杀菌防霉剂等。
1.2 试验方案
1.2.1 水性彩色反射节能涂料的制备
根据表1配方制备涂料待用。
配方中红外反射颜料的添加量可根据调色的需要适当调整，调制浅色涂料时，添加量为涂料体系总质量的25%，中色为10%～15%，深色为3%～5%。各种颜色色浆的添加量根据调色要求而定。
1.2.2 反射率测试方法
(1)在遮盖力测试纸板刮涂厚度为50 μm、75 μm、100 μm、200 μm、300 μm、400 μm、500 μm、600 μm的涂膜。
(2)在60 mm×60 mm×(1.0～1.2) mm的铝板喷涂湿膜为180～200 μm的铁红防锈底漆，25 ℃、50%相对湿度条件下养护2 d后，与另一块同样规格的未涂底漆铝板一同喷涂水性彩色反射涂料，以保证2块样板的太阳热反射涂料湿膜厚度相同，制得湿膜厚度约为1个“十”字、1.5个“十”字、2个“十”字和2.5个“十”字的样板。
将测试样板在25 ℃、50%相对湿度条件下养护7d后，检测反射率，检测标准如下：
ASTM E903 – Solar reflectance
ASTM E903 – Solar reflectance
ASTM G173-03 – Infrared reflectance
ASTM E1980 – Solar reflectance index
ASTM E1980 – Surface temperature
ASTM D4803-89 – Heat build-up
1.3 涂料制备
将颜料和钛白粉制备成分散水浆，再按原料配方比例依次加入乳液、水、各种助剂，调节涂料黏度达配方要求。
2 结果与讨论
2.1 涂层对比率较差时，反射率与涂层厚度的关系
以深绿色为例：根据GB/T 9755—2001标准要求测得深绿色对比率为0.82。分别对不同湿膜厚度样板50 μm、75 μm、100 μm、200 μm、300 μm、400 μm、500μm、600 μm的L*、湿膜厚度、干膜厚度、可见光反射率和近红外光区反射率进行了测试，测试结果如表2所示，各个样板太阳光反射比如图1所示。
由表2、图1可以看出，在涂层对比率较差的条件下，太阳光反射率随涂层厚度增加而提高。
2.2 当对比率较高时，涂层厚度与反射率的关系
以砖红色为例：根据GB/T 9755—2001标准要求测得砖红色对比率为0.93。分别对不同湿膜厚度样板50 μm、75 μm、100 μm、200 μm、300 μm、400 μm、500μm、600 μm的L*、湿膜厚度、干膜厚度、可见光反射率和近红外光区反射率进行了测试，测试结果如表3所示，各个样板太阳光反射比如图2所示。
由表3、图2可以看出，在涂层对比率理想的条件下，太阳光反射率随涂层厚度增加而提高，但涂层湿膜厚度达到200 μm时，涂层厚度增加对太阳光反射率的影响减弱，再继续增加涂层厚度，太阳光反射率不受影响。所以实际的施工条件可以选在涂层湿膜厚度为200 μm。
2.3 铁红底漆对相同厚度涂层反射率的影响
以深黄色为例：根据GB/T 9755—2001标准要求测得深黄色的对比率为0.93。HR-403-X与HR-403-XD分别表示：没有底漆和有铁红底漆的相同厚度反射涂料涂层。可见光反射率和近红外光区反射率进行了测试，测试结果如表4所示，各个样板太阳光反射比如图3所示。
由表4、图3可以看出，是否涂装铁红底漆对反射率没有影响。涂装铁红底漆的复合涂层可以增强涂层之间的附着力，提高户外耐久性。
3 结语
当涂在铁红底漆上时，涂层厚度低于50 μm时，反射率趋于稳定。当涂在白色底材上反射率比涂在黑色上明显要高，但随着涂层厚度的增加，反射率的差别缩小，涂层达到100 μm厚度后，反射率不再随厚度的增加而变化。因此，高反射涂料的涂层厚度在50～100 μm为宜，视底材颜色及涂装目的而定。
