冷颜料属于复合无机颜料,多为通过对金属混合物在高温煅烧后制得,具非常高的太阳光反射率,因此也被称为红外反射颜料;并且具极佳的综合性能,耐候性和耐酸碱性达5级,耐旋光性达8级,耐高温性则达800°C。太阳全反射率(TSR)是评价冷颜料性能的一个重要指标,如普通炭黑的TSR为5%左右,而冷颜料铁铬黑的TSR在30%左右。
图:冷颜料涂料比普通颜料配制的涂料,在物体表面可降温10~15°C,屋内可降温4~5°C。
种类与性能
按照化学成分和晶体结构,可将冷颜料分为14种,其中最常见的为以下三种:金红石型、尖晶石型和赤铁矿型。金红石型主要有镍钛黄、钛铬黄和钛锰棕;尖晶石型主要有钴铝蓝、钴钛绿和铜铬黑;赤铁矿型有铬铝绿、铁铬棕和铁铬黑。晶型结构对反射率的影响较大,金红石型钛镍黄反射率最高可达57%,尖晶石型的钴蓝反射率在35%,而赤铁矿型的铁锰黑只有9.2%的反射率。冷颜料的粒径越小,其反射率越大,但晶型的影响比粒径的影响要大。
应用情况
冷颜料在涂料领域中主要应用在氟碳涂料、卷材涂料和水性外墙涂料等体系。如使用钴蓝的卷材屋顶,其耐候性一般在15年以上。如应用于太阳热反射隔热涂料中,冷颜料涂料比普通颜料配制的涂料,在物体表面可降温10~15°C,屋内可降温4~5°C。目前,国内已制定了对应的标准(GB/T 25261-2018建筑用反射隔热涂料),对冷颜料的应用指标提出了明确的技术要求。冷颜料可以降低物体表面的温度,从而在红外隐身涂料中也可以得到应用。如炭黑的近红外反射率为2.8%,而铁铬黑的近红外反射率可达到57%,可用在可见光和红外波段的隐身涂层。
图:与炭黑涂层相比,铁铬黑涂层的反射隔热效果明显,其平衡温度较普通炭黑涂层低8.8°C。
典型产品
冷颜料的国外供应商主要包括福禄(Ferro)的Eclipse系列产品、亨斯迈(Huntsman)的ALTIRIS系列产品,BASF)、赛颇(Shepherd)、凯佰(Heubach)、洛克伍德(Rockwood)也有相应的产品销售;国内的相关企业包括湖南巨发颜料有限公司和南京培蒙特科技有限公司等。但目前超过一半的冷颜料都需要通过进口产品来实现,国内冷颜料原材料厂家还应加大研发,以提供性价比更合适的冷颜料供涂料企业使用。目前,国内也在不断研究与开发新的产品与种类,蓝黑色的锰酸钇(YMnO3)具有50%的红外反射率,而通过Cu2+和Tb3+共掺杂的黄色锆酸钡(BaZrO3),近红外太阳光反射率可达到80%左右。
存在问题
冷颜料价格比较高,同为黑色的铜铬黑是铁黑价格的3~5倍,同时,冷颜料的种类有限,选择性不多,阻碍了它在涂料中的应用与推广。在质量评价方面,目前关注的主要为太阳全反射率(TSR)的数据,就冷颜料而言,需要更多地关注颜料其它方面的指标,如:遮盖力、近红外反射率等。与白色或浅色冷颜料相比,彩色或深色冷颜料的TSR仍相对较低。白色和浅色隔热涂料已经有不少的产品出现,而对于性能优异的彩色隔热涂料(包括黑色隔热涂料)而言,目前还没有特别好的产品出现。如何进一步制备TSR更高的冷颜料,或者通过原材料的选择、配方设计、颜填料复配等方式以达到涂料应用性能的需求,是值得进一步进行研究的方向。