熱反射性、仿石效果涂層體系的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱反射性、仿石效果涂層體系，更具體地，涉及一種能夠?yàn)閴γ?(特別是外墻面）提供仿石效果、降低建筑墻體的傳熱系數(shù)和/或提高建筑墻體的熱反射性 能的熱反射性、仿石效果涂層體系。
【背景技術(shù)】
[0002] 在涂料工業(yè)中，由涂料組合物形成的涂層對被涂裝的目標(biāo)基材（特別是建筑墻 體）具有保護(hù)作用和裝飾作用。水包水性多彩涂料組合物在目標(biāo)基材（包括建筑墻體）上 涂布之后會形成具有天然石材的花紋、色彩的裝飾效果。與天然石材相比較，這種具有仿石 效果的多彩涂料具有更廣泛的應(yīng)用空間。
[0003] 此外，隨著經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，能耗問題越來越受到人們的關(guān)注。作為能源消耗的大 戶，建筑能耗每年約占全國能耗的30%至40%左右。因此，如何降低建筑能耗成為各類節(jié) 能研究中最緊迫、最亟待解決的問題。建筑節(jié)能主要體現(xiàn)在兩個方面：保溫和隔熱，兩者都 是為了保持室內(nèi)具有適宜的溫度而采取的措施。保溫一般指維護(hù)結(jié)構(gòu)在冬季阻止室內(nèi)向室 外傳熱，而使室內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臏囟?；而隔熱通常指維護(hù)結(jié)構(gòu)在夏季隔離太陽輻射熱和室外 高溫的影響，使其內(nèi)表面保持適當(dāng)溫度。在建筑隔熱材料中，隔熱涂層或涂層體系因使用方 便、隔熱效果好及經(jīng)濟(jì)可行等優(yōu)點(diǎn)而越來越受到人們的青睞。
[0004] 考慮到上述建筑墻體在隔熱性能以及美觀方面的需求，需要提供一種熱反射性、 仿石效果涂層體系，該涂層體系不僅能夠通過降低被涂墻體的傳熱系數(shù)、反射太陽光能量 而為外墻提供良好的隔熱性能，而且能夠提供逼真的仿石效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種熱反射性、仿石效果涂層體系，其包含：
[0006] (a)由第一涂料組合物形成的疏水性底涂層，其中所述第一涂料組合物包含水性 膠乳，且所述底涂層的透水率為至多0. 3mL/24小時；
[0007] (b)由第二涂料組合物形成的熱反射性底色涂層，其中所述第二涂料組合物包含 熱反射填料；
[0008] (C)由第三涂料組合物形成的并且具有多彩色點(diǎn)的熱反射性仿石效果涂層，其中 所述第三涂料組合物包含熱反射填料；和
[0009] (d)可選的涂覆在所述熱反射性仿石效果涂層之上的由第四涂料組合物形成的耐 污性罩面層，其中所述耐污性罩面層，當(dāng)根據(jù)耐污性試驗(yàn)方法GB/T9780測定時，具有10 % 或更小的平均反射率下降，或者具有1級耐沾污性，
[0010] 其中所述涂層體系，當(dāng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JG/T235-2014測定時，在其明度L為40或更低 時，具有至少25%的太陽光反射比；在其明度L為40-80時，具有至少40%的太陽光反射 t匕；在其明度L為80或更高時，具有至少65%的太陽光反射比，并且/或者具有至少85% 的半球發(fā)射率。
[0011] 在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述熱反射性、仿石效果涂層體系適用于涂布建筑外墻。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種涂布外墻的方法，所述方法包括：將本發(fā)明的熱反射性、仿石 效果涂層體系涂布到所述外墻的外墻面上，從而得到涂布有所述熱反射性、仿石效果涂層 體系的外墻。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述外墻包含如下建筑材料，所述建筑材料包括混凝 土砌塊、石膏板、灰砂磚、加氣混凝土、復(fù)合輕質(zhì)板、水泥纖維板及其任意組合。在本發(fā)明的 實(shí)施方式中，所述仿石效果涂層通過噴涂工藝被涂布到所述外墻的外墻面上。
[0013] 本發(fā)明人驚訝地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將包含疏水性底涂層、熱反射性底色涂層、以及熱反射性 仿石效果涂層的涂層體系涂覆到外墻的外墻面上之后，這些涂層之間產(chǎn)生了協(xié)同作用，其 中疏水性底涂層能夠減少外部水分向墻體內(nèi)的滲透，同時能夠提高墻體中的水分以水汽形 式向外的擴(kuò)散，從而降低墻體的隨含水量而增大的傳熱系數(shù)；而熱反射性底色涂層和熱反 射性仿石涂層二者反射太陽光能量，從而為外墻提供了期望的隔熱性能。特別的是，熱反射 性底色涂層與熱反射性仿石效果涂層二者的組合應(yīng)用能夠顯著地提高涂層體系的熱反射 性能，諸如太陽光反射比、近紅外反射比等等，尤其有益于明度較低（例如具有40或更低明 度）的多彩涂層體系。
[0014] 此外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)了，當(dāng)所述涂層體系額外地包含涂覆在所述熱反射仿石涂 層之上的耐污性罩面層時，該耐污性罩面層的設(shè)置能夠有效提高涂層體系的耐沾污性能， 從而確保了熱反射涂層表面清潔，繼而對太陽光能量的反射保持長期有效；該耐污性罩面 層還額外地具有自清潔性能，因此本發(fā)明的涂層體系即便長期（諸如數(shù)周、數(shù)月、乃至數(shù) 年）處于污染的環(huán)境條件下仍能夠保持較高的熱反射性。
[0015] 因而，外墻面涂布有本發(fā)明的熱反射性、仿石效果涂層體系的外墻，與涂布有常 規(guī)但不含熱反射性填料的仿石效果涂層體系的外墻相比，在所述涂層體系具有40或更低 的明度L時，太陽反射比提高了 100-200% ;在所述涂層體系具有40-60的明度L時，太陽 反射比提高了 90-110% ;并且在所述涂層體系具有60-80的明度L時，太陽反射比提高了 10-40%。同樣地，外墻面涂布有本發(fā)明的熱反射性、仿石效果涂層體系的外墻，與涂布有常 規(guī)但不含熱反射性填料的仿石效果涂層體系的外墻相比，在所述涂層體系具有40或更低 的明度L時，近紅外反射比提高了 170-310% ;在所述涂層體系具有40-60的明度L時，近 紅外反射比提高了 160-220% ;并且在所述涂層體系具有60-80的明度L時，近紅外反射比 提高了 35-50%。
[0016] 進(jìn)而，外墻面涂布有本發(fā)明的熱反射性、仿石效果涂層體系的外墻，與未涂布這種 涂層體系的外墻相比，傳熱系數(shù)下降了至少12%。此外或或者，外墻面涂布有本發(fā)明的熱反 射性、仿石效果涂層體系的外墻，與未涂布這種涂層體系的外墻相比，在廣州的氣象條件下 具有至少20% /全年的模擬節(jié)能效率，或者在上海的氣象條件下具有至少15% /全年的模 擬節(jié)能效率，或者在北京的氣象條件下具有至少6% /全年的模擬節(jié)能效率。
【附圖說明】
[0017] 圖1是在標(biāo)準(zhǔn)測試基板上分別涂布具有不同明度的本發(fā)明的多彩涂層體系（A:具 有40-60的明度L;B具有60-80的明度；和C具有40或更低的明度）以及涂布具有類似明 度的常規(guī)但不含熱反射性填料的多彩涂層體系根據(jù)JG/T235-2014測定的TSR結(jié)果，其中后 綴-4、-6和-8分別表示多彩涂層體系中色點(diǎn)的疏密程度。
[0018] 圖2是在標(biāo)準(zhǔn)測試基板上分別涂布具有不同明度的本發(fā)明的多彩涂層體系（A:具 有40-60的明度L;B具有60-80的明度；和C具有40或更低的明度）以及涂布具有類似明 度的常規(guī)但不含熱反射性填料的多彩涂層體系根據(jù)JG/T235-2014測定的NIR結(jié)果，其中后 綴-4、-6和-8分別表示多彩涂層體系中色點(diǎn)的疏密程度。
[0019] 圖3是模擬建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 除非本文另有聲明，描述本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語"一個"或"一種"應(yīng)當(dāng)被 理解為包括復(fù)數(shù)。
[0021] 在組合物被描述為包括或包含特定組分的情況下，不排除該組合物包含其它可選 組分，并且除非明確地另有指明，預(yù)計(jì)該組合物也可由所涉及的特定組分構(gòu)成或組成，或者 在方法被描述為包括或包含特定工藝步驟的情況下，不排除該方法包含其它的可選工藝步 驟，并且除非明確地另有指明，預(yù)計(jì)該方法也可由所涉及的特定工藝步驟構(gòu)成或組成。
[0022] 為了簡便，本文僅明確地公開了一些數(shù)值范圍。然而，任意下限可以與任何上限組 合形成未明確記載的范圍；以及任意下限可以與其它下限組合形成未明確記載的范圍，同 樣任意上限可以與任意其它上限組合形成未明確記載的范圍。此外，盡管未明確記載，但是 范圍端點(diǎn)間的每個點(diǎn)或單個數(shù)值都包含在該范圍內(nèi)。因而，每個點(diǎn)或單個數(shù)值可以作為自 身的下限或上限與任意其它點(diǎn)或單個數(shù)值組合或與其它下限或上限組合形成未明確記載 的范圍。
[0023] 本發(fā)明提供了一種熱反射性、仿石效果涂層體系，其包含：
[0024] (a)由第一涂料組合物形成的疏水性底涂層，其中所述第一涂料組合物包含水性 膠乳，且所述底涂層的透水率為至多0. 3mL/24小時；
[0025] (b)由第二涂料組合物形成的熱反射性底色涂層，其中所述第二涂料組合物包含 熱反射填料；
[0026] (C)由第三涂料組合物形成的并且具有多彩色點(diǎn)的熱反射性仿石效果涂層，其中 所述第三涂料組合物包含熱反射填料；和
[0027] (d)可選的涂覆在所述熱反射性仿石效果涂層之上的由第四涂料組合物形成的耐 污性罩面層，其中所述耐污性罩面層，當(dāng)根據(jù)耐污性試驗(yàn)方法GB/T9780測定時，具有10 % 或更小的平均反射率下降，或者具有1級耐沾污性，
[0028] 其中所述涂層體系，當(dāng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JG/T235-2014測定時，在其明度L為40或更低 時，具有至少25%的太陽光反射比；在其明度L為40-80時，具有至少40%的太陽光反射 t匕；在其明度L為80或更高時，具有至少65%的太陽光反射比大于65%，并且/或者具有 至少85 %的半球發(fā)射率。
[0029] 額外地，本發(fā)明的熱反射性、仿石效果涂層體系還包含，設(shè)置在所述疏水性底涂層 之下的由第五涂料組合物形成的疏水性膩?zhàn)訉?，所述第五涂料組合物包含有機(jī)硅疏水劑， 并且所述疏水性膩?zhàn)訉泳哂兄炼郔. 6g/10min的吸水率。
[0030] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述底涂層的透水率小于或等于0. 2mL/24 小時。
[0031] 在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述底色涂層，當(dāng)為白色時，具有至少85%的 太陽反射比，和/或至少85%的半球發(fā)射比，所述太陽反射比和所述半球發(fā)射比根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JG/T235-2008 測定。
[0032]在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，存在這樣的罩面層，所述罩面層在被油酸 涂覆，并且在強(qiáng)度為2.OmW/cm2、波長340nm的UV光下輻照24小時之后具有15度或更小的 靜態(tài)水接觸角。
[0033]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述熱反射性、仿石效果涂層體系用于建筑外墻。在本發(fā) 明的一個實(shí)施方式中，外墻面涂布有本發(fā)明的熱反射性、仿石效果涂層體系的外墻，與涂布 有常規(guī)但不含熱反射性填料的仿石效果涂層體系的外墻相比，在所述涂層體系具有40或 更低的明度L時，太陽反射比提高了 100-200% ;在所述涂層體系具有40-60的明度L時， 太陽反射比提高了 90-110% ;并且在所述涂層體系具有60-80的明度L時，太陽反射比提 高了 10-40%。
[0034]在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，外墻面涂布有本發(fā)明的熱反射性、仿石效果涂層體 系的外墻，與涂布有常規(guī)但不含熱反射性填料的仿石效果涂層體系的外墻相比，在所述涂 層體系具有40或更低的明度L時，近紅外反射比提高了 170-310% ;在所述涂層體系具有 40-60的明度L時，近紅外反射比提高了 160-220% ;并且在所述涂層體系具有60-80的明 度L時，近紅外反射比提高了 35-50%。
[0035]在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，外墻面涂布有所述涂層體系的外墻的傳熱系 數(shù)，與未涂布所述涂層體系的外墻的傳熱系數(shù)相比，下降了至少12%。
[0036]在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，外墻面涂布有所述涂層體系的外墻，與未涂布所述 涂層體系的外墻相比，在廣州的氣象條件下具有至少20% /全年的模擬節(jié)能效率，或者在 上海的氣象條件下具有至少15% /全年的模擬節(jié)能效率，或者在北京的氣象條件下具有至 少6% /全年的模擬節(jié)能效率。
[0037] 在本文中使用的術(shù)語"透水率"是衡量涂層疏水性以及孔隙率二者的量度。具體 地，透水率是指，在環(huán)境條件下，例如室溫（25°C)、大氣壓下，特定時間段內(nèi)，例如24小時 內(nèi)，滲透通過涂層的水量。一般而言，建筑墻體用涂層的透水率小于或等于0. 5mL/24小時。 在本發(fā)明中，疏水性底涂層的透水率為至多〇. 3mL/24小時，但可以大于或等于0. 15mL/24 小時，或大于或等于〇.lmL/24小時。
[0038] 本文中使用的術(shù)語"太陽反射比"是指，在300nm至2500nm可見光和近紅外波段 反射與同波段入射的太陽輻射通量的比值。
[0039]本文中使用的術(shù)語"近紅外反射比"是指，在780nm至2500nm近紅外波段反射與 同波段入射的太陽輻射通量的比值。
[0040]本文中使用的術(shù)語"半球發(fā)射率"是指，熱輻射體在半球方向上的輻射出射度與處 于相同溫度的全輻射體（黑體）的輻射出射度的比值。
[0041]本文中使用的術(shù)語"平均反射率"是指，投射到物體上被反射的輻射能與投射到物 體上的總輻射能之比。通常，物體表面被污染物沾污會引起該物體的平均反射率的下降。在 本發(fā)明中，被石墨粉制成的配制灰沾污而引起的罩面層的平均反射率的下降最多為10 %， 甚至更小。
[0042]本文中使用的術(shù)語"靜態(tài)水接觸角"是用來衡量涂層親水性（或疏水性）的量度。 一般而言，疏水性涂層的特征在于，靜態(tài)水接觸角為90°或更高；而親水性涂層的特征在 于，靜態(tài)水接觸角低于90°。在本發(fā)明中，被油酸等疏水性有機(jī)污染物污染的罩面層在強(qiáng)度 為2.OmW/cm2、波長340nt的UV光下輻照24小時之后保持15度以下的靜態(tài)水接觸角，即保 持良好的親水性。
[0043] 本文中使用的術(shù)語"理論計(jì)算的干膜厚度"是通過理論計(jì)算而非實(shí)際測量得到的 干膜厚度。實(shí)踐中，可以通過如下進(jìn)行理論計(jì)算：
[0044]
[0045] 在本發(fā)明中，親水性罩面層具有0. 2至2微米的理論計(jì)算的干膜厚度。
[0046] 本文中使用的術(shù)語"吸水率"被定義為涂層在特定時間段內(nèi)吸收的水量。一般而 言，建筑墻體用涂層的吸水率小于2. 0g/10min。在本發(fā)明中，外墻用疏水性膩?zhàn)訉拥奈?為I. 6g/10min或更低。
[0047] 本文中使用的術(shù)語"明度"是指，物體表面顏色明亮程度的視知覺特性值，以絕對 白色和絕對黑色為基準(zhǔn)進(jìn)行分度，以L表示。在涂料領(lǐng)域中，根據(jù)明度來劃分涂層體系的熱 反射性能。
[0048] 本文中使用的術(shù)語"傳熱系數(shù)"是指，在由建筑墻體構(gòu)成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的空氣溫 度差為IK的條件下，在單位時間內(nèi)通過單位面積圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量，單位為WAm2.K)。
[0049] 本文中提及的"模擬節(jié)能效率"基于建筑圍護(hù)模型及建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)通過對從 華東、華南、華北各地區(qū)選取的典型城市上海、廣州、和北京進(jìn)行模擬而獲得。其具體確定 方法參見測試部分的模擬節(jié)能效率。例如，"在XX地區(qū)的氣象條件下模擬節(jié)能效率為a% " 是指，在XX地區(qū)的氣象條件下，外墻面涂布有熱反射性、仿石效果涂層體系的建筑圍護(hù)結(jié) 構(gòu)的夏季制冷能耗與冬季制熱能耗的總和（全年能耗），與未涂布該熱反射性、仿石效果涂 層體系的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的全年能耗相比，下降的百分分?jǐn)?shù)，其中XX地區(qū)的氣象條件可以由 美國能源部DOE的權(quán)威數(shù)據(jù)獲得，例如由DOE得到的廣州的氣象文件為"CHN_Guangzhou_ 頂EC"。具體地，可通過如下公式計(jì)算：
[0051] 其中：
[0052] a%表示模擬節(jié)能效率，以％計(jì)；
[0053] Eu表示未涂布熱反射性、仿石效果涂層體系的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的全年能耗，以GJ計(jì)；并 且
[0054] Ec表示涂布有熱反射性、仿石效果涂層體系的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的全年能耗，以GJ計(jì)。
[0055] 當(dāng)在"涂層涂覆在表面或基材上"這樣的上下文中使用時，術(shù)語"在......上"包 括涂層直接地或間接地涂覆到表面或基材上。因此，例如一個涂層涂覆到基材上的底涂層 上相當(dāng)于該涂層涂覆在基材上。
[0056] 當(dāng)在"第一涂層被設(shè)置在第二涂層之下"這樣的上下文中使用時，術(shù)語 "在......之下"包括第一涂層位于第二涂層下方并且與該第二涂層直接接觸。因此，例如 疏水性膩?zhàn)訉颖辉O(shè)置在疏水性底涂層之下相當(dāng)于膩?zhàn)訉釉诘淄繉酉路讲⑶遗c該底涂層直 接接觸。
[0057] 術(shù)語"溶膠"是指顆粒（例如納米二氧化鈦顆粒）在液體載劑中的分散體，所述液 體載劑包含水或水和可與水混溶的溶劑形成的水性溶劑以及可選的分散劑、PH調(diào)節(jié)劑等附 加添加劑。
[0058]在本發(fā)明中，涂料組合物的前綴，如"第一"、"第二"、"第三"、"第四"和"第五"，并 不具有任何限制含義，僅用于區(qū)分目的。