太阳热反射隔热涂料中相关标准及主要技术要点检测方案

太阳热反射隔热涂料标准及主要技术要点解析 上海韵鼎国际贸易有限公司市场部 一、引言 太阳能是人类生存和生活的必备条件，但强烈的辐射也给工业生产和日常生活带来诸多问题和不便。随着节约型社会的到来和地球温室效应的加重，具有反射太阳热能力和被动辐射制冷的材料日益受到人们的关注。这些材料中太阳热反射涂料是一种简便易行、效果明显的节能材料，当前已成为人们研究和开发的热点。为了规范市场，近几年制订了一系列太阳热反射隔热涂料标准： JC/T 1040-2007《建筑外表面用反射隔热涂料》、JG/T 238-2008《建筑反射隔热涂料》和 GB/T25261-2010《建筑用反射隔热涂料》。这些标准的制订虽然对促进涂料市场的发展起到一定作用，但是也存在仅规定了白色涂料热反射性能的不足，而正在制订的一些标准充分考虑了彩色系涂料的热反射性能，对规范市场具有更重要的意义。由于市场竞争混乱，许多生产企业并没有做详细的研究工作，仅是在炒作概念。本文就一些检测数据和初步的研究工作，对太阳热反射隔热涂料的技术要点进行阐述，以对业内研究者有所启示。 二、太阳热反射涂料相关标准简介 1.已颁布实施的标准 (1) ASTM C1483-2004 (Standard Specification for Exterior Solar Radiation ControlCoatings on Buildings， 建筑物外部防太阳辐射涂层的标准规范)是世界上首部已颁发的依靠涂层反射太阳光达到隔热效果的标准。该标准规定了依靠反射太阳辐射来减少屋顶或外墙表面热量积聚的一类涂料的基本要求，该类产品太阳光反射比应≥0.8，，半球发射率应≥0.8。标准还规定了该类涂料的物理机械性能，其他的使用性能也被要求测定，并应符合相关标准或协议要求。该标准规定的技术要求见表 1. 检测项 目 指 标 质量含固量(100%) ≥25 体积含固量(100%) ≥25 太阳反射比 ≥0.8 半球发射率 ≥0.8 扯断伸长率 25℃，≥200% -18℃，≥100% UV老化后，断裂伸长率保持80%以上 附着力 按照相关方法检测，做好实验记录，符合相 关要求 水蒸气透湿率 阻燃性能 防霉性 吸水率 干膜厚度 户外耐久性 表1 ASTM C1483-2004的技术要求 该标准除了规定反射性能外，还强调了涂层的弹性要求，规定了涂层较高的扯断伸长率，并能够在较长时间内保持其弹性。而其他性能(附着力、水蒸气透湿率、阻燃性能、防霉性、吸水率、户外耐久性)也反应了其实际使用的性能要求。从性能指标的设计可以看出，该标准所涉及的材料应属于弹性建筑涂料一类，主要适用于混凝土、砖石建筑物的外部涂装。 (2)JC/T 1040-2007《建筑外表面用反射隔热涂料》 JC/T 1040-2007规定的技术要求见表2。 项 目 指 标 W(水性涂料) S(溶剂型涂料) 在容器中状态 搅拌后无硬块、凝聚，呈均匀状态 施工性 刷涂二道无障碍 涂膜外观 无针孔、流挂，涂膜均匀 低温稳定性 无硬块、凝聚及分离 干燥时间(表干)/h ≤2 耐碱性 48h 无异常 耐水性 96h 无异常 168h 无异常 耐洗刷性 2000次 5000次 耐沾污性(白色和浅色°)% <20 <10 涂层耐温变性(5次循环) 无异常 太阳反射比(白色) ≥0.83 半球发射率 ≥0.85 耐弯曲性 ≤2 拉伸强度/MPa 拉伸性能 断裂伸长率/100% ≥1.0 ≥100 耐人工气候老 外观 化性 粉化级 不起泡，不剥落，无裂纹 ≤1 (W类400h， S变色(白色和浅色)级类500h) 太阳反射比(白色) 半球发射率 ≤2 ≥0.81 ≥0.83 不透水性b 0.3MP， 30min 透透水 水蒸气透湿率b9g/ (m.s.Pa) ≥8.0X10-8 表2JC/T 1040-2007 的技术要求 注：仅对白色涂料的太阳反射比提出要求，浅色涂料太阳反射比由供需双方商定。 a 浅色是指以白色涂料为主要成分，添加适量色浆后配制成的浅色涂料形成的涂膜干燥后所呈现的浅颜色，按 GB/T 15608-1995 中 4.3.2规定明度值为6~9(三刺激值中的 YD65之31.26)； b附加要求，由供需双方协商。 该标准的制定参考了 ASTM C1483-2004，采用其中5项指标，即太阳反射比、半球发射率、断裂伸长率、水蒸气透湿率和耐人工老化性，但具体指标的要求有一定差异。JC/T 1040-2007 物理、机械性能指标的设定还主要参考了国家标准 GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》和行业标准 JG/T 172-2005《弹性建筑涂料》，增添了容器中状态、施工性、干燥时间、耐水性、耐碱性、低温贮存稳定性、耐沾污性、涂层耐温变性、拉伸强度、不透水性、水蒸气透过率、耐弯曲性和耐洗刷性13项检验项目。总体上， ASTM C1483-2004 更关注安全性、装饰性和实际使用性能，而 JC/T 1040-2007 响应国内建筑涂料标准的要求，更加切合中国的国情. 对于太阳光反射比、半球发射率指标， ASTM C1483-2004 要求不管何种颜色均在0.8以上，也就是说只有达到0.8以上才能属于该标准规定的太阳光反射涂料；而 JC/T 1040-2007规定了白色涂料的太阳光反射比为不小于0.83， 其他颜色商定，而半球发射率为不小于0.85，考虑太阳光反射性能的持久性，还规定了老化后太阳光反射性能。对于断裂伸长率的要求 ASTM C1483-2004的要求明显高于JC/T1040-2007， ASTM C1483-2004是针对弹性涂层的指标，而 JC/T 235-2008只是要求涂层有一定韧性，并没有刻意要求高弹性。 (3)JG/T235-2008《建筑反射隔热涂料》 标准 JG/T235-2008 的热反射性能指标见表3，其术技术要求符合以下条款：有防水要求时，屋面反射隔热涂料还应符合 GB 50345-2012《屋面工程技术规范》规定的技术要求，且耐人工气候老化性应符合 GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》中优等品的要求；外墙反射隔热涂料还应符合 GB/T 9755-2001《合成树脂 乳液外墙涂料》或 GB/T 9757-2001《溶剂型外墙涂料》或 HG/T 3792-2005《交联型氟树脂涂料》或 JG/T 172-2005《弹性建筑涂料》规定的技术要求。 项 目 指 标 屋面型 外墙型 热反射隔热涂料 热反射隔热涂料 太阳光反射比(白色) ≥0.80 半球发射率 ≥0.80 隔热温差/℃ ≥10 隔热温差衰减(白色)/℃ 商定 ≤12 表3 JG/T 235-2008的热反射性能技术要求 与 JC/T 1040-2007 相比，在具体技术指标要求时仅规定了热反射性能指标，而其它指标直接引用建筑屋面和外墙的相关标准。热反射性能指标除了规定太阳光反射比和半球发射率之外，还规定了热反射涂料的实际效果“隔热温差”指标。由于人工加速老化试验对太阳光热反射性能影响较小所以没有规定人工加速老化后的太阳光反射涂料要求(但规定了耐老化性应满足相关标准优等品的要求)，并且由于污染对太阳光反射性能影响较大，从而规定了“隔热温差衰减”指标。 (4) GB/T 25261-2010《建筑用反射隔热涂料》 建筑用反射隔热涂料的性能要求见表4。产品的性能除应满足表4的要求外，还应满足相关国家或行业标准的要求，耐人工气候老化性能和耐沾污性能应满足相应标准最高等级要求。 检测 项目 指 标 太阳反射比，白色 ≥0.80 半球发射率 ≥0.80 表4 GB/T 25261-2010 的技术要求 与以上3个标准相比，该标准仅规定了隔热涂料的本质指标，隔热性能根源于漆膜表面反射和发射太阳辐射的能力，所以仅规定了太阳光反射比和半球发射率指标，前3个标准的其它性能指标要求更侧重于建筑涂料要求，而本标准的其它性能要求更加广泛，并且为了保持涂层的耐久性和隔热效果的持续性，规定了耐人工气候老化性能和耐沾污性能应满足相应标准最高等级要求。 该标准引入了等效热阻概念，便于隔热保温工程设计人员采用该标准。等效热阻 指采用反射隔热涂料时，与采用普通涂料相比，增强了墙体的隔热保温性能，该增加的隔热保温性能依据其节能效果折算为反射隔热涂料等效涂料热阻。 2.正在编制的相关标准 (1)JIS K 5675《屋顶用高太阳反射率涂料》(草案) 本标准适用于涂装于建筑物屋顶，通过涂膜的太阳反射性，以抑制表面温度上升，缓解建筑物内部的热量入侵以及热量积蓄为目的的高太阳反射率涂料。技术要求见表5. 项 目 技术指标 溶剂型 水性 容器中的状态 搅拌后状态均一 适用时间(通过主剂与固化剂反应进行固化的情况下) 在规定的时间内可使用 表面干燥性 23℃ 8h 内干燥 2h 内干燥 5℃ 16h 内干燥 4h 内干燥 低温稳定性(-5℃) 没有变质 涂膜的外观 正常 耐冲击性(主要针对基材为水泥的情况) 没有开裂或剥落 耐折弯性(主要针对基材为金属制品的情 耐折弯 况) 附着力 1级或0级 遮盖率 90%以上 耐酸性 无异常 耐碱性 无异常 太阳反射率 明度 L*在40以下时，近红外区域的太阳反射率在40%以上，明度L*超过40时，近红外区域的 太阳反射率要超过明度值。 耐湿润冷热反复性 耐湿润冷热反复 耐人工加速老化性 涂膜无开裂、剥落及鼓泡，颜色变化程度与样板相比相差不大，并且粉化等级为1或者0. 自然曝晒耐候性 涂膜无开裂、剥落及鼓泡，颜色变化程度与样板相比相差不大，并且粉化等级为3、2、1或者0.太阳反射率保持在80%以上。 表5 JIS K 5675 的技术要求 与国内已颁布实施的几个标准相比，该标准抓住了太阳光反射隔热涂料的本质，强调了红外反射性能，并且强调了户外曝晒后太阳光反射性能的保持性。其它性能指标要求及试验方法采用日本惯例和日本标准。太阳辐射到地球的热量有约50%左右来源于可见光，有约50%来源于红外光，可见光的光谱由漆膜颜色决定，选定了颜色也就选定了可见光部分的反射率，因此要想获得真正意义上的太阳光反射涂料关键是能把约50%的红外线能量尽可能多地反射出去。 (2)JG/T402-2013《热反射金属屋面板》 屋面板涂层隔热性能包括初始性能和耐沾污后的性能，应取两者之间较差者作为分级依据。屋面板涂层的隔热性能的分级见表6，分级时当涂层的太阳光反射比(TSR)与隔热系数(ERC)处于不同级别时，以隔热系数为分级依据。标准给出了常见颜色的的普通涂层隔热性能参考值，见表7。 等级 0 1 2 3 4 5 太阳光反射比 TSR ≤0.25 0.25≤TSR<0.35 0.35≤TSR< 0.45 0.45≤TSR<0.55 0.55≤TSR≤ 0.65 ≥0.65 隔热系数ERC <0.25 0.25≤ERC<0.30 0.30≤ERC< 0.35 0.30≤ERC<0.35 0.30≤ERC<0.35 ≥0.45 表6涂层隔热性能分级 序号 颜色系 L a b ERC TSR ET 1 红 17~29 +7~~+36 0~+15 0.25 0.25 0.83 2 棕橙 20~38 +15~~+30 +6~+16 0.32 0.35 0.83 3 明红 23~~38 +35~~+49 +10~+48 0.32 0.35 0.83 4 米白 58~86 -5~+5 -3~~+23 0.40 0.55 0.83 5 棕褐 51~~65 -2~~+7 +6~+21 0.40 0.55 0.83 6 深蓝 13~33 -7~+6 -21~~-2 0.25 0.25 0.83 7 中到浅蓝 34~55 -12~~-3 -20~-8 0.30 0.32 0.83 8 深棕 17~30 -1~+9 0~+10 0.25 0.25 0.83 9 中到浅棕 25~58 -2~+17 +5~+26 0.30 0.32 0.83 10 深绿 18~~45 -15~-3 -5~+11 0.25 0.25 0.83 11 中到浅绿 24~70 -15~0 -5~+11 0.30 0.32 0.83 12 白 76~89 -3~+2 -3~+10 0.45 0.65 0.83 13 亮白 ≥85 -3~~+1 -3~+6 0.48 0.70 0.83 14 黑 ≤26 -1.5~~+1.5 -1.5~~+1.5 0.25 0.25 0.83 15 深灰 24~~42 -4~~+2 -8~~+4 0.25 0.25 0.83 16 中到浅灰 40~77 -4~+3 -3~+8 0.32 0.35 0.83 17 珍珠银 50~75 -5~+3 -3~+8 0.38 0.45 0.75 18 珍珠铜 38~60 +2~+17 +5~~+24 0.35 0.40 0.75 表7 常见各种颜色的普通涂层隔热性能参考值 该标准的制订参照了BSEN505：2000 《Roofingproducts5from1metalsheet-Specification for fully supported roofing products of steel sheet 金属屋面板-钢制全支撑屋顶产品规范》和BS EN 507：2000 《Roofing products from metalsheet-Specification for fully supported roofing products of aluminum sheet 金属屋面板-铝制全支撑屋顶产品规范》，与日本标准 JIS K 5675 相比，这两个标准是屋顶用材料标准，而并非特指热反射涂层的标准，标准只是给出了不同颜色范围的热反射隔热性能参考值供用户选择。 (3)HG/T 4341-2012《金属表面用太阳光反射隔热涂料》 该标准规定产品太阳光热反射性能要求见表8. 检测项 目 指 标 太阳光反射比，≥ 0.6 半球反射率，≥ 0.8 近红外光反射比，≥ 0.8(优等品) 0.70(一等品) 0.60(合格品) 表 8 产品太阳光热反射性能要求 产品其它性能要求见表9，或按照具体应用领域的国家、行业标准规定执行。作为防腐涂层体系的太阳光反射隔热面涂层，在满足防腐面涂层的一般基本要求外，太阳光反射性能是最重要的技术指标。太阳光反射比是指反射的与入射的太阳辐射能通量之比值，已有的国家标准仅给出了白色涂料的太阳光反射性能，而白色涂料一般均能达到太阳光反射比0.8的要求。如果采用复色涂料，太阳光反射比会有不同程度的降低，如果再规定0.8的反射比，很难做到，实际上深色涂料达到0.5的太阳光反射比也很难，但既然作为太阳光反射隔热涂料，太阳光发射比就不能太低，因此规定了基本的太阳光反射比的技术指标≥0.6。不同的颜色和明度值涂料在可见光部分的反射率是没有办法调整的，主要是近红外波段的反射率，只有红外反射率高的涂料才是真正的太阳光反射涂料，根据目前的技术水 平，按照近红外反射情况分为三个等级：优等品，≥0.8；一等品≥0.65；合格品≥0.5。 项 目 指 标 漆膜外观 漆膜正常，颜色和外观符合产品规定 密度/ (g.cm) 符合商定值，允许偏差±0.05 不挥发物含量/%，≥ 50 干燥时间 表干/h，≤ 1 实干/h，≤ 12 弯曲试验/mm，≤ 2 耐冲击性/cm 50 附着力(拉开法)MPa，≥ 3 耐水性(48h) 漆膜无变化 耐酸性(10%HzSO4，168h) 漆膜无异常 耐碱性(10%NaOH，168h) 漆膜无异常 耐盐雾性(720h) 痕处单向扩蚀≤2.0mm， 漆膜表面无起泡、生锈、开裂和剥落等现象 耐人工加速老化性(800h) 不生锈、不粉化、允许2级变色，保光率不小于80% 表9 产品其它性能要求 三、太阳光反射涂料技术要点 1.白色涂料的热反射性能 从国内已颁布的标准看，均规定了白色涂料的太阳光反射性能，那么市场上的热反射隔热涂料与传统的白色涂料有何区别，白色隔热涂料有何关键制备技术，是首先要搞清楚的问题。为此，笔者制备了一些白色涂料并与市场上普通白色涂料和热反射隔热涂料进行了太阳光反射性能表征，剖部分检测数据见表10。 序号 特征描述 太阳光反射比 半球发射率 1 普通丙烯酸聚氨酯面漆 0.81 0.89 2 普通丙烯酸聚氨酯面漆+空心玻璃微珠 0.79 0.88 3 氟碳树脂+钛白粉 0.86 0.87 4 氟碳树脂+钛白粉 0.85 0.88 5 普通氟碳面漆 0.81 0.90 6 进口氟碳隔热涂料 0.83 0.89 7 进口水性聚氨酯隔热涂料 0.75 0.87 8 普通丙烯酸聚氨酯涂料(含硫酸钡) 0.79 0.89 9 热反射氟碳隔热涂料(含硫酸钡) 0.83 0.89 10 热反射氟碳隔热涂料(含硫酸钡) 0.84 0.89 11 热反射氟碳隔热涂料(含硫酸钡、云母粉) 0.81 0.89 12 普通氟碳亚光白漆(含消光粉) 0.78 0.88 表10部分白色涂料和热反射隔热涂料太阳光反射性能表征 从表10可以看出，各种白色涂料太阳光反射性能差异较小，甚至有些隔热涂料的太阳光反射性能还不如普通涂料。而从配方构成上两者虽有一些细微差别，但总体上白色隔热涂料与传统白色涂料制备技术并无特别之处：市场上普遍标榜的空心玻璃微珠，对白色涂料的太阳光反射涂料影响较小，甚至会降低太阳光反射性能；其他各种填料对太阳光反射涂料影响也较小，总体上填料的加入使得太阳光反射性能略有下降。从标准角度讲，表10所测定的白色涂料与国内标准太阳光反射涂料要求相近，太阳光反射比在 0.75~0.86之间，白色涂料的半球发射率均大于0.85，而且差异不大，似乎太阳光反射比稍大的，半球发射率值稍小。图1、图2为白色涂料的太阳光反射比的谱图。 图1 白色涂料的太阳光反射率曲线比较(1) 图2 白色涂料的太阳光反射率曲线比较(2) 从图中可以看出，12种白色涂料的图谱形状非常相近，呈现相同的规律，填料的加入使得红外波段的反射增强，但可见光波段反射下降，在这一点上空心玻璃微珠表现得尤其明显，但总体上红外波段的反射增加赶不上可见光波段反射下降，因此填料的加入总体上使得太阳光反射性能下降。 2.单一颜色涂料的热反射性能 几种常用颜料的太阳光反射性能见表11和图3、图4. 序号 配方特征 太阳光反射比 可见光反射比 1 大红 0.28 0.24 2 柠檬黄 0.45 0.46 3 中铬黄 0.48 0.45 4 铁红 0.28 0.19 5 无机黑 0.06 0.05 6 钼红 0.33 0.28 7 酞菁绿 0.14 0.05 永固紫 0.19 0.10 9 酞菁蓝 0.18 0.08 10 酞菁蓝+硫酸钡 0.19 0.08 11 酞菁蓝+玻璃微珠 0.17 0.08 12 酞菁蓝+空心玻璃微珠 0.22 0.08 13 酞菁蓝+空心玻璃微珠 0.21 0.09 表11 几种单一颜料色漆体系的热反射性能 图3 几种颜料的太阳光反射比曲线 图4 几种填料对酞菁蓝颜料体系太阳光反射比的影响 从表11可以看出，颜色的明度越高，太阳光反射比越高，而对于明度低的颜料，红外反射率呈现明显高于可见光波段反射率的特征。从表11还可以看出，其他填料的加入对酞菁蓝颜料体系的太阳光反射性能存在一定影响，空心玻璃微珠虽然对白色涂料的太阳光反射比贡献不大，但是能够明显提高酞菁蓝颜料体系的红外波段的反射率，从而提高太阳光反射比。从图3可以看出，各种颜料可见光反射谱图差异较大，而红外波段反射图谱呈现相近的图谱(黑色除外)；总体上在红外波段明度高的颜料反射率随波长增加呈现下降趋势，明度越高下降趋势越 明显，而明度低的颜料如永固紫却随波长增加，反射率有增加趋势。从图4可以看出，在酞菁蓝体系中加入各种填料，可见光谱图几乎一样，而红外反射图谱形状相近，反射率呈现较大差异；在红外大部分波段范围内反射率高低排序如下：12#≥13#≥10#≥9#≥11#。 3.复色涂料的热反射性能 表12是采用功能反射填料和某些以白色为主色的复色涂料的太阳光反射数据。 序号 配方特征 配比或明度值 太阳光反射比 可见光反射比 1 纯白色 纯色 0.81 0.87 2 特殊黑 纯色 0.20 0.05 3 白色+特殊黑 21 0.33 0.12 4 调色 与3号颜色接近 0.12 0.12 5 白色+特殊黑 10/1 0.44 0.26 6 白+黑 55.20 0.244 0.28 7 白+兰 66.82 0.573 0.44 8 白+红 58.26 0.608 0.51 9 白+黄 89.64 0.758 0.77 10 白+黄 84.53 0.716 0.69 表12 复色涂料的太阳光反射性能 图5 特殊隔热颜料的太阳光反射性能 图6几种复色颜料的太阳光反射比 从表12可以看出，采用特殊黑色隔热颜料的太阳光反射比远大于炭黑的太阳光反射比，用该颜料调配的涂料比用一般颜料制备涂料的太阳光反射性能好得多。从表12还可以看出，由一般颜料制备的不同复色涂料太阳光反射比差异较大，其中的可见光部分反射率对总反射率提供了较大的贡献。从图5可以看出，特殊黑颜料在可见光区域几乎全吸收，在红外区域大部分波段保持了40%左右的反射率(一般炭黑在红外波段几乎全吸收)，与白色涂料调色后反射率曲线介于白色和特殊黑色反射率曲线之间。从图6可以看出，，与白色涂料调漆后，除了黑色颜料外，其他颜料系在红外波段大部分范围内的反射图谱相近，而可见光区域的反射曲线差异很大。 四、结语 已经颁布实施的几个太阳热反射隔热涂料标准仅规定了白色涂料的太阳热反射性能，而白色涂料本身就具有较高的太阳热反射性能，普通白色涂料基本能达到标准要求，因此标准的指导意义不大。而新制定的几个标准充分考虑到了太阳热反射隔热涂料的本质是在红外线部分有着较高的反射率：日本标准 JIS K 5675《屋顶用高太阳反射率涂料》对太阳热反射性能规定了非常高的红外反射性能要求：而国内标准《金属表面用太阳光反射隔热涂料》结合国内的研究现状和技术水平，根据红外波段的反射率规定了太阳热反射性能的等级，这样既能照顾到热反射隔热涂料的现有技术水平，又能引导向高性能方向发展。