辐射冷却的表面涂料制造技术

本发明专利技术通过向含有日光反射颜料的组合物中添加微球而提供一种表面涂料，该表面涂料具有低的太阳吸收，且在红外区以对应于大气窗口的波长优先发射。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有辐射冷却特性的表面涂料，特别地，本专利技术涉及该涂料在建筑物外表面的应用，以减少这些建筑物的热负荷。
技术介绍
辐射冷却是指这样的过程，即凭借该过程，物体将以辐射的方式发射藉正常对流和传导过程而吸收的热能。黑体辐射物理学指出，物体发射辐射的波长取决于它的温度。对于大地温度，发射发生在红外(IR)波段，发射峰位于约11.4μm。另一方面，入射的太阳辐射对应于6000K的黑体温度，并集中于紫外，可见和近红外波段。并不是地球发射的所有辐射都通过太空。该辐射相当大的一部分被地球大气所吸收和重新发射到地球表面，特别是被称作“温室气体”的水蒸气，二氧化碳和臭氧所吸收。图1显示的是作为波长的函数的大气吸收。代表各种吸收峰的物质标记在水平轴上。在大气比较透明的8-13μm区域，存在低吸收“大气窗口”。对于1-5μm波段内的某些波长，存在类似的窗口。在这些波长内的地球表面辐射很可能通过这些大气窗口到达太空，而不是被大气所吸收并返回地球表面。对于具有高大气吸收的波长，大气中将存在大量的辐射，因为辐射被大气吸收并重新发射回地球。相反地，对于对应于这些大气窗口的波长，大气中将存在很少的辐射，因为在这些窗口允许地球发射的大部分辐射通过大气到达太空。“选择性表面”是这样的表面，其利用大气窗口以对应于这些大气窗口的波长优先发射热能，在选择性表面中可以被其吸收的入射辐射降低了，选择性表面允许以这些波长之外的非吸收性辐射的方式迅速地将该辐射转移至太空。
技术实现思路
本专利技术在于一种用作建筑物外表之辐射冷却表面涂料的可固化制剂，其特征在于在入射太阳辐射波长下的低吸收及在降低了的入射辐射波长下的高辐射发射率。本专利技术基于这样的发现，即通过在包含日光反射颜料的涂料中加入和分散气体或真空填充的微球而得到的涂料。所采用的微球优选为二氧化硅类型，最优具有二氧化硅-氧化铝壳层。事实证明，根据本专利技术的混入有效数量这种微球的涂料能够在涂覆结构的内部实现低的环境温度。这种涂料中所采用的微球可以是气体例如CO2或N2填充的，也可以是真空填充的。优选该涂料不仅不吸收太阳辐射，而且反射而不是透射这些波长的太阳辐射。优选该涂层的日光反射率大于80％，更优选大于84％。优选该涂料的特征在于，其在热辐射波长下的辐射发射率(ε)大于85％，更优选大于90％，最优选大于95％。该涂料的日光吸收作用与辐射发射作用的组合，使其能够从内部的空域(air space)吸收热能，并以热辐射的形式再辐射该能量，进而实现该空域的净辐射冷却。当本专利技术的涂层施用于钢板表面，且所述钢板表面暴露于Air Mass 1.5日光光谱的太阳辐射和20-28℃的环境温度下时，该制剂对钢板下的空域具有净辐射冷却作用。优选本专利技术的制剂是可固化的，并可利用大面积喷涂方法施于现有的建筑物。附图说明现将参照附图，以非限定性实施例的方式描述本专利技术的优选实施方案，在所述附图中图1是大气吸收对波长的曲线图；图2是根据本专利技术的涂料对常规屋顶系统的对比试验的结果；及图3到图5是本专利技术进一步对比试验的结果。具体实施例方式制备本专利技术的制剂如下。对于总计600升的混合物，给出各组分的数量，且仅用于说明的目的。尽管给出了精确的数量，但是这些数量可以广泛地改变，甚至一些数量可以降低到零，这些均包含在本专利技术的范围之内。610g的螯合(sequestrating)和润湿剂，优选多聚磷酸盐及610g的分散剂加入到混合鼓中的91升水中，并以2000rpm混合10分钟，或者直到各成分完全分散为止。向该混合物中加入日光反射涂料如金红石级二氧化钛(TiO2)(38千克)，72千克为固化制剂提供抗水性的填料如CaCO3或MgCO3，及72千克悬浮剂例如MgSiO3，BaSO4或SiO2，其也是金属上的抗摩擦和腐蚀剂。然后将该混合物以大约2000rpm分散1小时。实际的混合时间取决于颗粒的尺寸。优选将该混合物持续混合到7级赫格曼规格(Hegman setting)，在赫格曼细度规(Hegman Grind Gauge)上的测量结果为约15微米。然后加入约228升粘合剂如苯乙烯丙烯酸衍生物，丙烯酸树脂，均聚物或PVA，并以1500rpm混合15分钟。然后加入约3.8升消泡剂，优选非硅基的消泡剂，并以1500rpm混合10分钟。加入1.9升氨水或其它合适的碱，调节pH值到适合加入增稠剂的范围。以1100rpm混合氨水10分钟。下一步加入聚结剂(coalesceing agent)，例如任何的三甲基戊二醇如Isonol(4.8升)，并以1100rpm混合15分钟。加入丙二醇或其它合适的二醇，作为进一步的聚结剂调节固化时间，并以1100rpm混合5-10分钟。加入400g无毒的广普杀生物剂，并以1100rpm混合5-10分钟。该杀生物剂可包括单一的杀真菌剂，杀菌剂，杀虫剂和杀藻剂，并优选不含重金属。然后加入预先溶于10升水中的增稠剂，该增稠剂优选为氧化纤维素类增稠剂(630克)，并在主混合物中以1100rpm混合10-15分钟。混合物因为加入该组分而增稠。利用4#福特杯(Ford Cup)测量粘度，并调节粘度直到在允许的测量温度下获得35秒的通过时间(run through time)。加入增塑剂(10升)，优选邻苯二甲酸酯，并以1100rpm混合10分钟。最后的混合步骤是加入微球组分，在该实例中，将70-90千克的微球组分在减小至200-300rmp的速度下混合约30分钟，以避免损坏微球。微球直径为约45-150μm(优选平均50μm)，且具有0.3-1μm厚的二氧化硅-氧化铝壳层结构，并填充了CO2。这些微球形成精细的轻质粉末，据信，其至少可以在大气窗口的波长中增强涂料的发射率。尽管在该实例使用的是CO2填充的微球，但是这些微球也可以是以4Torr压力真空填充的，或者是用其它气体如N2填充的。上述除微球之外成分选自那些可得到的成分，如此选择的原因是它们的低太阳光吸收和高热发射率性质，以及它们适于用作屋顶涂料的性质，例如阻燃，防腐，杀生物等性质。油漆及可表面固化涂料制备领域的技术人员应当理解，对于具体的应用，可以调整这些成分的比例。例如，在上述的制剂中采用了较小量的白色颜料(TiO2)，其在合适的场合可以增加。为了使优点突出，可以使用含有较大微球浓度如140千克/600升的涂料组合物。还可以使用更高的浓度如150千克/600升。优选组合物含有至少40％的固体，更优选至少60％的固体，最优选至少70％的固体。所得的混合物可以密封保存以备使用。该组合物可涂布于任何外表面，但优选涂布于具有清楚天空视野的屋顶，以保证最大的辐射冷却。大面积的涂布，例如大零售商店屋顶的涂布，最好是利用喷涂法进行，例如使用具有碳化钨尖端的GracoTM无风喷枪。该涂料可以涂成单一的厚层，但更典型的是涂成一系列的薄层。可涂成单一涂料层的厚度取决于制剂的粘度和表面的平整度。倾斜的，起伏的或粗糙的表面需要涂布更薄的涂层，以保证横跨表面的所有涂层具有均匀的厚度。如果涂层太厚，涂层可能充当建筑物的覆盖物，妨碍热量从内部空域向辐射发射涂层的传输，导致较高的内部温度。因而优选的涂层的厚度小于10mm。光学测量发现，按上面的实例制备的涂层具有0.15的半球太阳吸收率，且由所测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种令表面具有辐射冷却性质的表面涂料，其包括日光反射颜料和有效量的微球。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：康拉德S沃杰蒂西亚克，
申请(专利权)人：莱曼帕西菲克索拉有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]