一种低太阳吸收的多色彩涂层及其制备方法与应用

1.本发明涉及建筑涂层技术领域，尤其涉及一种低太阳吸收的多色彩涂层及其制备方法与应用。


背景技术：

2.自人类进入工业化时代以来，以二氧化碳为主的温室气体排放量逐年增加，温室效应造成全球变暖，加之城市热岛效应，使得城市夏季高温攀升，依靠空调等制冷设备消耗大量电力资源，从而产生的碳排放问题愈加严重，低碳乃至负碳技术成为当下研究热点。
3.若建筑外墙涂层能够对太阳辐射进行高反射、低吸收状态，就能有效实现节约能耗的目的，但在可见光波长内的高反射率限制其在现实生活中的应用，出于美学或功能原因，白色类高反射涂层不能满足人类日常需求。且由于夏季深色建筑外墙温度要明显高于白色，因为直接在涂料中加入反射颜料会显现颜色，对可见波长进行了选择性吸收，会影响太阳吸收效果，因此同时兼顾多色彩和太阳辐射低吸收的节能涂层较为少见。
4.目前已知的兼顾色彩与低太阳吸收的研究，大多集中于复合薄膜及光子晶体器件上，其价格昂贵，工艺复杂，并不适用于建筑领域的广泛应用。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供一种低太阳吸收的多色彩涂层及其制备方法与应用，该涂层兼顾多色彩与低吸收的优势、工艺简单，适用于建筑基底材料。
6.为达到上述技术目的，本技术采用以下技术方案：
7.第一方面，本技术提供一种低太阳吸收的多色彩涂层，包括反射底层，固定于反射底层表面的着色顶层；着色顶层包括质量份数如下的组分：0.5～10份红外反射颜填料、2～30份纳米金红石型二氧化钛、2～40份水、0.5～5份有机粘结剂；反射底层包括质量份数如下的组分：50～120份硅酸二钙、5～40份反射填料、0.5～10份成膜剂、50～180份水。
8.优选的，红外反射颜填料包括苝黑、苏丹蓝ⅱ、酞菁红、永固黄中的一种或几种。
9.优选的，硅酸二钙为γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙的混合物。
10.优选的，包括质量比为1-5:1的，γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙的质量比1-5:1，γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙的粒径均大于等于两百目。
11.优选的，反射填料包括纳米二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化锆、硫酸钡、钛酸钡中的一种或多种。
12.优选的，反射底层的厚度为150-1000μm，着色顶层的厚度为5-10μm。
13.第二方面，本技术提供一种低太阳吸收的多色彩涂层的制备方法，包括以下步骤：
14.s1.将反射底层的组分混合均匀后，涂覆于基板表面，进行预碳化，得到反射底层；
15.s2.将着色顶层的组分混合均匀后，涂覆于反射底层表面，而后于二氧化碳气氛中进行碳化养护，即得低太阳吸收的多色彩建筑节能装饰涂层。
16.优选的，预碳化的时间为0.5-1h，预碳化所用二氧化碳浓度为50-100％，碳化压力
为0.1-0.3mpa。
17.优选的，养护的二氧化碳浓度为10-100％，碳化养护的碳化压力为0.01-0.3mpa，碳化养护时间为1-72h。
18.第三方面，本技术提供一种低太阳吸收的多色彩涂层在建筑领域中的应用。
19.本技术的有益效果如下：
20.1.本技术低太阳吸收的多色彩涂层采用双层涂覆碳化的方法将可见吸收着色顶层以及低吸收太阳反射底层结合在一起，实现多色彩与低太阳吸收，满足颜色需求的同时，可以有效实现建筑节能。
21.2.本方案制备低太阳吸收的多色彩涂层的过程，将红外反射颜填料与胶凝材料硅酸二钙及高反射填料结合起来，制备过程中消耗二氧化碳，制备出的涂层固碳的同时，也起到良好的装饰及低太阳吸收的功能性。
22.3.本发明的低太阳吸收的多色彩建筑节能装饰涂层材料，采用的原料来源广泛，价格便宜，制作成本低，制备出的涂层强度高，耐候性好。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.本技术提供一种低太阳吸收的多色彩涂层，包括反射底层，固定于所述反射底层表面的着色顶层；所述着色顶层包括质量份数如下的组分：0.5～10份红外反射颜填料、2～30份纳米金红石型二氧化钛、2～40份水、0.5～5份有机粘结剂；所述反射底层包括质量份数如下的组分：50～120份硅酸二钙、5～40份反射填料、0.5～10份成膜剂、50～180份水。
25.本方案中，反射底层除了具备反射作用，同时还起到粘接基材的作用，而着色顶层可选择性吸收部分阳光，显现颜色；本方案的反射填料与反射颜料分层设置，在着色顶层中也加入了反射填料-纳米金红石型二氧化钛，起部分反射作用；相对于单层涂层的所有原料的混合使用，本方案可在保证颜色相同的情况下，所用颜料更少，太阳吸收更少。
26.所用的红外反射颜填料能够反射红外光，减少热量的集结，起到一定的降温作用，有一定的低吸收能力；纳米金红石型二氧化钛的加入能够促进碳化，使得碳化程度更高；而本方案的有机粘结剂为水性粘结剂，能够与反射底层更好的粘结。选用的成膜剂为硅溶胶、铝溶胶、水玻璃等无机成膜助剂，成膜过程为大分子附着在粉料颗粒表面，随着粒子间脱水，形成si-o、al-o等网络结构。与顶层作用不大，选用的成膜剂透水透气性好、同时与基底材料结合性好，渗透粘结性强。
27.所述红外反射颜填料包括苝黑、苏丹蓝ⅱ、酞菁红、永固黄中的一种或几种。
28.所述硅酸二钙为γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙的混合物，相较于单独使用某一种硅酸二钙而言，本方案的硅酸二钙在保证前期碳化的同时，未碳化的β-硅酸二钙在后期可以持续水化，可以修复后期裂缝。。
29.包括质量比为1-5:1的，所述γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙的质量比1-5:1，保证前期碳化与后期水化，将γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙放入行星球磨机中进行混合球磨，得到粒径均大于等于两百目的硅酸二钙，该粒径范围可保证碳化活性以及涂层的均匀度。
30.所述反射填料包括纳米二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化锆、硫酸钡、钛酸钡中的一种或多种。
31.所述反射底层的厚度为150-1000μm，所述着色顶层的厚度为5-10μm。
32.第二方面，本技术提供一种低太阳吸收的多色彩涂层的制备方法，包括以下步骤：
33.s1.将所述反射底层的组分混合均匀后，涂覆于基板表面，进行预碳化，得到所述反射底层；
34.s2.将所述着色顶层的组分混合均匀后，涂覆于所述反射底层表面，而后于二氧化碳气氛中进行碳化养护，即得所述低太阳吸收的多色彩建筑节能装饰涂层。
35.本方案中，进行预碳化是为了保证反射层有一定的强度，有利于顶层着色。若直接将两层材料同时碳化养护，顶层结构颗粒会被底层包裹，影响着色。
36.所述预碳化的时间为0.5-1h，所述预碳化所用二氧化碳浓度为50-100％，所述碳化压力为0.1-0.3mpa。所述养护的二氧化碳浓度为10-100％，所述碳化养护的碳化压力为0.01-0.3mpa，所述碳化养护时间为1-72h，预碳化阶段需要在短时间内使得反射层有一定的强度，因此二氧化碳浓度及碳化压力相不低于碳化养护制度；浓度、压力、时间若过小，则碳化不充分，达不到预期效果，若过大了，碳化反应过快，可能引起涂层收缩开裂。
37.所述的有机粘结剂为硅丙乳液、苯丙乳液、聚氨酯乳液、丙烯酸乳液、环氧树脂的一种或多种。
38.所述成膜助剂包括硅溶胶、铝溶胶、水玻璃的一种或多种，其中固含量为5％～50％，少了成膜性能差，多了黏度过大，分散不均匀。
39.本技术提供一种低太阳吸收的多色彩涂层在建筑领域中的应用。
40.以下通过具体实施例对本方案进行进一步说明。
41.实施例1
42.一种低太阳吸收的多色彩涂层，包括反射底层，固定于所述反射底层表面的着色顶层；所述着色顶层包括质量份数如下的组分：0.5份红外反射颜填料(苝黑)、2份纳米金红石型二氧化钛、5份有机粘结剂，6份水，其中，有机粘结剂为硅丙乳液与苯丙乳液的组合，其质量比为1：2；所述反射底层包括质量份数如下的组分：50份硅酸二钙、35份高反射填料、8份成膜助剂、60份水，其中，硅酸二钙为γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙的组合，其质量比为1：1，高反射填料为氧化铝和氧化锆的组合，质量比为3：1，成膜助剂为硅溶胶。
43.一种低太阳吸收的多色彩涂层的制备方法，包括以下步骤：
44.s1.将成膜助剂与水充分混合后，加入反射填料，超声分散0.5h后，再将硅酸二钙加入，搅拌均匀后，涂覆于水泥基板表面，喷涂厚度200μm，在0.1mpa二氧化碳压力下预碳化1h，二氧化碳浓度为100％，得到所述反射底层；
45.s2.将红外反射颜填料及纳米金红石型二氧化钛，超声分散在水中，分散时间为1h，之后再加入有机粘结剂充分搅拌，混合均匀后，涂覆于所述反射底层表面，喷涂厚度5μm；在0.01mpa常压下进行碳化，二氧化碳浓度为100％，碳化时间为72h，即得所述低太阳吸收的多色彩建筑节能装饰涂层。
46.实施例2
47.一种低太阳吸收的多色彩涂层，包括反射底层，固定于所述反射底层表面的着色顶层；所述着色顶层包括质量份数如下的组分：2份红外反射颜填料(苏丹蓝ⅱ)、8份纳米金
红石型二氧化钛、5份有机粘结剂，12份水，其中，有机粘结剂为聚氨酯乳液与纯丙烯酸乳液的组合，其质量比为1：3；所述反射底层包括质量份数如下的组分：80份硅酸二钙、18份高反射填料、5份成膜助剂、90份水，其中，硅酸二钙为γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙的组合，其质量比为2：1，高反射填料为硫酸钡和氧化锆的组合，质量比为2：1，成膜助剂为铝溶胶。
48.一种低太阳吸收的多色彩涂层的制备方法，包括以下步骤：
49.s1.将成膜助剂与水充分混合后，加入反射填料，超声分散0.5h后，再将硅酸二钙加入，搅拌均匀后，涂覆于水泥基板表面，喷涂厚度200μm，在0.2mpa二氧化碳压力下预碳化0.5h，二氧化碳浓度为80％，得到所述反射底层；
50.s2.将红外反射颜填料及纳米金红石型二氧化钛，超声分散在水中，分散时间为1h，之后再加入有机粘结剂充分搅拌，混合均匀后，涂覆于所述反射底层表面，喷涂厚度5μm；在常压下进行碳化，二氧化碳浓度为50％，碳化压力0.1mpa，碳化时间为36h，即得所述低太阳吸收的多色彩建筑节能装饰涂层。
51.实施例3
52.一种低太阳吸收的多色彩涂层，包括反射底层，固定于所述反射底层表面的着色顶层；所述着色顶层包括质量份数如下的组分：5份红外反射颜填料(酞菁红)、16份纳米金红石型二氧化钛、7份有机粘结剂，21份水，其中，有机粘结剂为纯丙烯酸乳液；所述反射底层包括质量份数如下的组分：100份硅酸二钙、26份高反射填料、2份成膜助剂、120份水，其中，硅酸二钙为γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙的组合，其质量比为3：1，高反射填料为硫酸钡和钛酸钡的组合，质量比为2：1，成膜助剂为水玻璃。
53.一种低太阳吸收的多色彩涂层的制备方法，包括以下步骤：
54.s1.将成膜助剂与水充分混合后，加入反射填料，超声分散0.5h后，再将硅酸二钙加入，搅拌均匀后，涂覆于水泥基板表面，喷涂厚度400μm，在0.3mpa二氧化碳压力下预碳化0.5h，二氧化碳浓度为50％，得到所述反射底层；
55.s2.将红外反射颜填料及纳米金红石型二氧化钛，超声分散在水中，分散时间为1h，之后再加入有机粘结剂充分搅拌，混合均匀后，涂覆于所述反射底层表面，喷涂厚度7μm；在0.2mpa下进行碳化，二氧化碳浓度为30％，碳化时间为24h，即得所述低太阳吸收的多色彩建筑节能装饰涂层。
56.实施例4
57.一种低太阳吸收的多色彩涂层，包括反射底层，固定于所述反射底层表面的着色顶层；所述着色顶层包括质量份数如下的组分：10份红外反射颜填料(永固黄)、30份纳米金红石型二氧化钛、10份有机粘结剂，35份水，其中，有机粘结剂为环氧树脂；所述反射底层包括质量份数如下的组分：120份硅酸二钙、9份高反射填料、10份成膜助剂、150份水，其中，硅酸二钙为γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙的组合，其质量比为5：1，高反射填料为氧化铝和氧化锌的组合，质量比为3：1，成膜助剂为硅溶胶。
58.一种低太阳吸收的多色彩涂层的制备方法，包括以下步骤：
59.s1.将成膜助剂与水充分混合后，加入反射填料，超声分散0.5h后，再将硅酸二钙加入，搅拌均匀后，涂覆于水泥基板表面，喷涂厚度800μm，在0.3mpa二氧化碳压力下预碳化1h，二氧化碳浓度为50％，得到所述反射底层；
60.s2.将红外反射颜填料及纳米金红石型二氧化钛，超声分散在水中，分散时间为1
～2h，之后再加入有机粘结剂充分搅拌，混合均匀后，涂覆于所述反射底层表面，喷涂厚度10μm；在0.3mpa下进行碳化，二氧化碳浓度为30％，碳化时间为12h，即得所述低太阳吸收的多色彩建筑节能装饰涂层。
61.对比例1
62.一种涂层，其他内容与实施例1相同，所不同的是，不包括反射底层，着色顶层的厚度为205μm。
63.对比例2
64.一种涂层，其他内容与实施例2相同，所不同的是，反射底层不添加反射填料。
65.对比例3
66.与实施例3同色，商业乳胶(品名：红色三棵树)，涂覆厚度与实施例3相同。
67.对比例4
68.一种涂层，为与实施例3同色的单层结构，所不同的是，红外反射颜填料为20份，其制备方法如下：将成膜助剂与水充分混合后，加入红外反射填料，超声分散0.5h后，再将硅酸二钙加入，搅拌均匀后得到悬浊液1；将红外反射颜填料及纳米金红石型二氧化钛，超声分散在水中，分散时间为1h，之后再加入有机粘结剂充分搅拌，混合均匀后，将其加入到悬浊液1中，继续搅拌，均匀后涂覆于水泥基板上，涂覆厚度与实施例3相同。之后在0.2mpa下进行碳化，二氧化碳浓度为70％，碳化时间为24h。
69.对比例4
70.一种涂层，其他内容与实施例3相同，所不同的是，将反射底层与着色顶层的位置互换，即着色顶层更换为着色底层，反射底层更换为反射顶层，反射层位于着色层顶部。
71.对比例5
72.一种涂层，其他内容与实施例3相同，所不同的是，不包括预碳化。
73.评价测试
74.以上实施案例按照对配比，按照相同的搅拌制度，涂覆在相同的水泥基板上，按照相应的养护制度进行相应时间的养护。养护结束后，用紫外分光光度计和傅里叶红外光谱法测试涂层在太阳辐射光谱段的反射率以及红外发射率。在晴朗的天气下测试其太阳辐射吸收能力，测试方法为将涂层放在外表面贴反射铝箔的泡沫箱上端开口处，测试中午12点到下午两点涂层上方温度及泡沫箱内部温度，温度差即为太阳辐射吸收能力，辐射吸收越大代表辐射吸收能力强，值越小证明涂层低吸收效果要好。所测温度差为泡沫箱腔体温度减去涂层上方温度；同时对涂层的粘结强度进行测试，其结果如表1：
75.表1测试结果
76.[0077][0078]
由上表可见，本发明在因同时兼顾多色彩和低太阳吸收，由于满足多色彩，因此在可见光区域被选择性吸收，反射率略低于低吸收白色涂层，在其红外发射上，其性能优异，可满足多色彩与低太阳吸收。同时本发明涂层通过碳化养护，与基体的粘结能力都在2mpa以上，粘结能力较强。通过对比实施案例1与对比例1，可以看出本发明的双层结构相较于对比例1的单层结构，其太阳辐射吸收能力更弱，在室外建筑中兼顾颜色同时，升温效果相对较弱，从而有利于减少人为制冷；对比实施例2与对比例2，可以看出低吸收反射底层中高反射填料影响涂层的反射率以及对太阳的辐射吸收能力。对比实施例3与对比例3，相对于同色商业涂层，本发明的双层结构，能够有效的降低对太阳的辐射吸收能力。实施例3与对比例4，与对比例4的同色单层结构比，本发明的双层结构拥有更高的反射率以及发射率，对太阳的辐射吸收能力也更弱，更有效的体现了色彩与低太阳吸收这一功能。对比例3由于作为反射层的显色层遮盖，并不能实现多彩作用；对比例4涂层的双层结构无法形成，其原因可能在于，预碳化是制备流程中必要一环，为了保证底层强度，使得涂覆顶层不受破坏，不进行预碳化，双层结构形成不了。本发明的低太阳吸收的多色彩建筑节能装饰涂层，在兼顾色彩与低太阳吸收的同时，其制备过程消耗二氧化碳，同与建筑有良好的相容性，是一种绿色低碳环保的节能涂层，在未来有很好的应用前景。
[0079]
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种低太阳吸收的多色彩涂层，其特征在于，包括反射底层，固定于所述反射底层表面的着色顶层；所述着色顶层包括质量份数如下的组分：0.5～10份红外反射颜填料、2～30份纳米金红石型二氧化钛、2～40份水、0.5～5份有机粘结剂；所述反射底层包括质量份数如下的组分：50～120份硅酸二钙、5～40份反射填料、0.5～10份成膜剂、50～180份水。2.根据权利要求1所述的低太阳吸收的多色彩涂层，其特征在于，所述红外反射颜填料包括苝黑、苏丹蓝ⅱ、酞菁红、永固黄中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的低太阳吸收的多色彩涂层，其特征在于，所述硅酸二钙为γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙的混合物。4.根据权利要求3所述的低太阳吸收的多色彩涂层，其特征在于，包括质量比为1-5:1的，所述γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙的质量比1-5:1，所述γ型硅酸二钙与β型硅酸二钙的粒径均大于等于两百目。5.根据权利要求1所述的低太阳吸收的多色彩涂层，其特征在于，所述反射填料包括纳米二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化锆、硫酸钡、钛酸钡中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的低太阳吸收的多色彩涂层，其特征在于，所述反射底层的厚度为150-1000μm，所述着色顶层的厚度为5-10μm。7.一种如权利要求1-6任一项所述的低太阳吸收的多色彩涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.将所述反射底层的组分混合均匀后，涂覆于基板表面，进行预碳化，得到所述反射底层；s2.将所述着色顶层的组分混合均匀后，涂覆于所述反射底层表面，而后于二氧化碳气氛中进行碳化养护，即得所述低太阳吸收的多色彩建筑节能装饰涂层。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述预碳化的时间为0.5-1h，所述预碳化所用二氧化碳浓度为50-100％，所述碳化压力为0.1-0.3mpa。9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述养护的二氧化碳浓度为10-100％，所述碳化养护的碳化压力为0.01-0.3mpa，所述碳化养护时间为1-72h。10.一种如权利要求1-6任一项所述的低太阳吸收的多色彩涂层在建筑领域中的应用。

技术总结
本发明公开一种低太阳吸收的多色彩涂层及其制备方法与应用，包括反射底层，固定于所述反射底层表面的着色顶层；所述着色顶层包括质量份数如下的组分：0.5～10份红外反射颜填料、2～30份纳米金红石型二氧化钛、2～40份水、0.5～5份有机粘结剂；所述反射底层包括质量份数如下的组分：50～120份硅酸二钙、5～40份反射填料、0.5～10份成膜剂、50～180份水，该涂层兼顾多色彩与低吸收的优势、工艺简单，适用于建筑基底材料。建筑基底材料。


技术研发人员：杨露 李鑫 王发洲 胡曙光
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/7