引言
降温涂料是利用现代军事中的红外技术以提高涂层表面的红外发射率、反射率，达到降低建筑物内的辐射温度，减少空调能源消耗，节约能源的目的的一种新型特种涂料。目前，国外在降温涂料的理论研究方面较完善，已广泛应用于各领域。国内研究中颜色单一，95%以上为白色，这很难满足涂料装饰和装备隐蔽的需要。对军用舰船所要求的半光或无光的面漆，颜料向深灰甚至黑灰转变，普通的甲板面漆通常为草绿，红棕或黑灰（军用）色。本文简要介绍了颜填料的选择原则和色浆的制备方法，然后用自制的色浆配制了不同色基比的涂料，通过降温性能测试和光谱性能测试研究了色基比和降温效果的关系，为以后工作奠定了基础。
1 实验部分
1.1 色浆的配制
在现代工艺中，要获得优异的颜料相容性，合适的方法是要将有机或无机颜料充分分散、润湿，制成色浆后，加入基料中。色浆是一种高度分散的颜料备制剂，它是将有机或无机颜料在表面活性剂的润湿、分散作用下，经高速分散研磨处理后形成的均一、稳定、具有一定流动性和较强的着色强度均匀稳定的颜料浓缩浆。目前，在乳胶漆中常用的彩色无机颜料是氧化铁系颜料，它具有较好的耐候性，色谱较齐全且价格低廉，是目前乳胶色漆膜出现褪色变色较少的颜料品种。铁红的折光指数较高且能吸收阳光中的紫外光谱，对涂层有反射隔热作用；铁黄在535 nm处左右是强吸收峰，对光的反射比较高；铁黑易于研磨。在功能性方面，铁黄和铁红、铁黑所配成的混合物有较高的着色力和遮盖力，以其制成的涂料可以大大提高涂料在8～13.5 μm 波段以外的反射率。
本文选择氧化铁系颜料中的铁黄、铁红、铁黑作为制备色浆的颜料。为了优化分散剂、水和颜填料的佳用量，用小粘度法确定各氧化铁颜料的佳用量。测定事先制备的颜填料/水浆料的粘度，对每种颜料而言分散剂的质量不同而颜料的量固定，粘度小值的点就是分散剂的佳用量点，使用这一用量的分散剂，可起到佳分散效果。具体步骤为：在SDF-400 试验搅拌分散砂磨机中注入计量好的助溶剂，再滴入一定量的分散剂、润湿剂、消泡剂，开动搅拌机搅拌均匀，加入称量好的氧化铁颜料中的一种，高速分散0.5 h，再砂磨2 h，计量包装。色浆的生产工艺流程见参考文献，色浆配方如表1 所示。
本文选择氧化铁系颜料中的铁黄、铁红、铁黑作为制备色浆的颜料。为了优化分散剂、水和颜填料的佳用量，用小粘度法确定各氧化铁颜料的佳用量。测定事先制备的颜填料/水浆料的粘度，对每种颜料而言分散剂的质量不同而颜料的量固定，粘度小值的点就是分散剂的佳用量点，使用这一用量的分散剂，可起到佳分散效果。具体步骤为：在SDF-400 试验搅拌分散砂磨机中注入计量好的助溶剂，再滴入一定量的分散剂、润湿剂、消泡剂，开动搅拌机搅拌均匀，加入称量好的氧化铁颜料中的一种，高速分散0.5 h，再砂磨2 h，计量包装。色浆的生产工艺流程见参考文献，色浆配方如表1 所示。
1.2 涂料的制备
1.2.1 实验步骤
在SDF-400 试验搅拌分散砂磨机中加入已计量好的色浆，边加助溶剂边搅拌；再加入计量好的分散剂、消泡剂（一部分）分散10 min；然后按照吸油量的大小依次加入TiO2、滑石粉、云母、ZnO、SiO2，高速分散20 min；加入乳液、成膜助剂，高速分散1 h；加入剩余的消泡剂砂磨2 h 后加入PH 调节剂。
1.2.2 涂料配方
降温涂料在功能型性能上主要包括两方面，即涂层的降温性能测试和光谱特性测试。由于PVC（即颜料在干膜中的体积分数）的设计相当复杂，本实验采用色基比P/B（即颜料与硅丙乳液的质量比）来计算配方，测试各色浆的配比相同（即表1 中的3 种色浆按一定的比例复合后的复色浆）而色浆的总量不同，即P/B 不同时对降温涂层功能型性能的影响。设计了两种涂料，分别编号为1 号涂料和2 号涂料，两种涂料中的颜填料均为TiO2、ZnO、SiO2、云母、滑石粉（比例为1:1:1:1:2:3），并且在两种涂料中的量是相同的，在表2 中颜填料并未列出，助溶剂为水和丙二醇的复合溶剂，助剂为分散剂和消泡剂。涂料的配方如表2 所示。
2 结果与讨论
降温涂料在功能型性能上主要包括两方面，即涂层的降温性能测试和光谱特性测试。在本文中降温性能测试主要包括红外灯照射实验合箱体实验；光谱性能测试主要包括反射率测试合发射率测试。
2.1 降温性能测试
2.1.1 红外灯照射实验
参考美国屋顶材料协会和美国材料试验协会的ASTMD 6083-97，以钢板为基板，置于测试台上，样品的背面紧贴热电偶，并垫聚苯乙烯保温材料。正上方挂有一个250 W 的红外灯，模拟太阳的近红外辐射。测试时紧闭门窗，用空调调解室内的温度恒为29±1℃。记录红外灯照射21 min 和撤走红外灯21 min的过程中试板背面温度的变化。将温度随时间的变化规律作图，并拟合为二次线性方程，分别为：
温度随时间的二次线性方程，求一阶导数后得到速率方程，所以式(3)和式(4)即为两涂料的温度变化率方程，后计算得到平均升温速率和平均降温速率如表3 所示。
2.1.2 箱体实验
将配制好的涂料涂覆于表面处理过的钢制的箱体上（200 mm×200 mm×1 mm），且保证厚度一致，自干24 h 后进行全天自然爆晒实验，空白箱体为未涂覆任何涂料的裸露箱体。用刻度为1℃/格、量程0～100℃的温度计，隔一定时间记录每个箱体内部的温度。绘制温度—时间图如图1 所示。
从图1 可以看出，在环境温度升高的过程中，1号涂料的温度均低于2 号涂料的温度，且从表4 中知1 号涂料的平均升温速率小于2 号涂料的平均升温速率。因为平均升温速率越慢反射降温效果越好，所以1 号涂料的反射降温效果优于2 号涂料，即：P/B 越小反射降温效果越好。
从图1 还可以看出，在环境温度降低的过程中，2 号涂料的温度均低于1 号涂料的温度，从表4 也可以看出2 号涂料的平均降温速率略大于1 号涂料的平均降温速率。因为平均降温速率越快发射降温效果越好，所以2 号涂料的发射降温效果优于1 号涂料，说明P/B 越大发射降温效果越好。
2.2 光谱性能测试
降温涂料要求在近红外波段具有高的反射率，并且在中远红外波段有较高的发射能力，这是降低涂层表面温度的有效途径。
2.2.1 反射率测试
委托广东省技术监督玻璃产品质量监督检验站，用日本岛津产UV3101PC 带积分球的紫外-可见-红外分光光度计依据GB/T2680-1994 测出反射率图谱及其计算得到的反射率值如图2 和表4 所示。
从表4 和图2 可以看出，1 号涂料的反射率均大于2 号涂料的反射率。从表3 中得知1 号涂料的平均升温速率小于2 号涂料的平均升温速率。即平均升温速率越小，反射率越大。说明P/B 越小反射率越大。
2.2.2 发射率测试
用HY-2001G 型红外热像仪，测试试板分别在T1、T2 温度下（在试板的一侧涂有待测涂料，另一侧涂有已知发射率的黑磁漆）涂层中心的温度，用公式双温度法计算涂层的表面发射率εs。计算所得的涂层在8～13.5 μm 波段的发射率值1 号和2 号涂料分别为0.83和0.84.。可以看出εs2＞ εs1，且从表3 中得知2 号涂料的平均降温速率的值大于1 号涂料的平均降温速率的值。即平均降温速率的值越大，发射率越大。说明P/B 越大发射率越大。
3 结论
用氧化铁颜料配制色浆来生产色漆，满足了军事上半光或无光面漆的要求，提高了涂料的可装饰性。用自制的色浆配成的涂料，通过箱体实验、红外灯照射实验及功能型性能的测试得出了P/B 和涂料降温性能的关系：P/B 越小，平均升温速率越小，反射率越大，反射降温效果越好；P/B 越大，平均降温速率的值越大，发射率越大，发射降温效果越好。
