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世名期刊第八期:共享
红外线反射颜料介绍(一)
点击次数:  更新时间:2013-05-31 13:08:51  【打印此页】  【关闭

 

作者:MARK RYAN / 美国薛特颜料公司市场部经理
虽然人眼只能感知电磁波谱中很小的一部分,但颜料与可见光以外的波长发生的交互作用会对涂层性能产生有趣的影响。在光谱中,红外线区域(IR)是一个关键的区域,特别是近红外。尽管这对人眼来说是不可见的,然而颜料的红外性能会影响涂料红外性能,进而影响其可用性和耐久性。
红外线反射涂料的根本目的是让物体比使用普通颜料时更凉爽,这个红外线反射的特性为它们在市场上的应用打下基础,如美国环境保护局的能源之星项目和加州能源委员会2008年版第24条。这项技术还被用于运输系统和其它需要保持凉爽从而获益的领域。
提高红外线反射率最简单的办法就是用白色颜料,如钛白粉。钛白粉既反射可见光,也反射红外线。对抗这种“白色污染”以及生产创新的彩色红外线反射涂料的关键在于使用能够吸收可见光获得色彩并且能反射红外线的冷颜料。为了满足以上要求,薛特公司研发了一系列精密设计的产品——“酷冷”(Arctic®)红外线反射颜料。“酷冷”(Arctic®)系列颜料为涂料配方和材料设计提供色彩,使其满足红外线反射和长期耐久性的要求,并且提供了更丰富更深的颜色。
之前也有过此类用于生产红外线反射涂料的颜料文章。而本文的目的在于,让化学家和配方师了解有关设计红外线反射涂料配方并使之效果最优化的一些具体问题和现象。影响涂料的红外线反射率的变量和因素包括:颜料的选择、研磨和分散、红外线反射颜料的混合使用、不透明性以及污染。
 
太阳光谱
任何有关红外线反射涂料的讨论都需要从基本物理学原理的简短回顾开始。太阳的能量到达地球时被分成了三部分。
l         紫外线(295-400纳米):紫外区从295纳米开始。尽管紫外线只占到达地球表面的太阳能量的大约5%,但它是使涂料退化的重要因素。
l         可见光(400-700纳米):约50%的太阳能量构成了给予我们感知颜色的波长。
l         红外线(700-2500纳米):总太阳能中的45%是红外线。在表1中可以看出,红外线区域中的能量大多数都位于700-1200纳米范围,高于2500纳米时,太阳能量就非常少了。太阳能红外区域不同于物体发出的红外能量即热量。大多数日常用品发散出的热量都位于更长的波段,并且受物体本身的黑体属性影响。
对处在户外环境中的物体来说,反射率、发射率、对流和传导是决定其温度的四大主要机制。对流在更大程度上受气流的影响,传导则决于物体阻隔热流动的程度。只有反射率和发射率是可控因素。
 
凉爽机制
物体在紫外线、可见光和红外线这三个区域反射或者吸收太阳能量。总太阳能反射率(TSR)描述的是物体反射太阳能量的比率。测试TSR的通用仪器是Devices and Services太阳光谱反射计SSR型,它常被称为“D&S”。 D&S读取的只是TSR数值,而分光光度计能够读取出单独的波长,可做出如本文中的光谱反射率曲线。只要我们仔细挑选能够高度反射红外线的“酷冷”(Arctic®)颜料,就能够控制反射率。这种颜料的关键是一方面反射红外线,另一方面吸收且反射可见光以产生我们所需要的颜色。(未完待续)