从 2008 年推广后的几年里，业界在使用过程中也陆续发现一些的问题，其中的一个主 要问题就是当时无论是行业标准还是国家标准，都是以白色作为检测标准，而实际上，建筑 外墙白色涂料的使用率仅在 20%以下，换言之，有色建筑涂料的使用率高达 80 以上。因此，是否有可能制备有色建筑热反射涂料，有色建筑热反射涂料的性能如何, 检测标准又有何种变化等等，在行业内又有了新的探索，住房和城乡建设部在 2014 年 1月7日正式颁布了 JG/T-235《建筑反射隔热涂料》，并于3 月1 日正式实施。
一种新型反射材料---亨斯迈ALTIRIS红外反射颜料的反射时代已来临。可以使各种色彩斑斓的外墙涂料和聚合物产品都具有反射太阳能的能力。它在创造一个颜色丰富多彩的世界。实现高太阳光能的反射率，意味着ALTIRIS颜料可以帮助提升您系统的性能。耐候性能测试表明，在绝大多数持久耐用的体系中，使用ALTIRIS颜料的一系列颜色配方都展现出了卓越的性能。
亨斯迈ALTIRIS® 红外反射颜料特性：经过特殊的结晶改性，从而达到很高的红外反射性能。该颜料经过改性包 覆，以确保它们超级耐用。共有两种不同的产品型号：
两种定制产品:
• ALTIRIS® 800适用于深色涂料，也能用于绝大多数色彩范围
• ALTIRIS® 550 适用于中等颜色涂料和/或底漆
在开展讨论 JG/T235-2014 相关指标讨论前，我们先对基本物理学的原理做个简单的回顾。
传导、对流和辐射
对流、传导和辐射是热能传递的三种途径。在外围护结构中，对流主要是受气流影响的。 阻隔传导性能与保温或隔热材料的导热系数、材料厚度有密不可分的关系。而辐射方面，控 制涂层表面的反射率和发射率就能起到降低太阳热能传递功效。根据热传递机制不同，保温隔热涂料基本上可分为阻隔型、反射型和辐射型三种。
涂料：应用机理主要是阻止热传导的方式通过物体传热。是通过涂料自身的高热阻来 实现隔热的一种涂料。主要就要求涂料本身有较小的导热系数，涂装施工时与要求有一定的 厚度（一般不小于 30mm）。由于这属于厚膜涂料，目前整体技术在控制干燥时间、抗冲击 力、降低收缩率和吸湿率、提高粘结强度等方面需要不断完善。
反射性涂料：起源于铝基反光隔热涂料，通过选用合适的树脂、金属和金属氧化物颜料或 填料及生产工艺，制备高反射率的涂层，反射太阳光来达到隔热的目的。利用反射型热反射原理，将反射型涂料涂刷在建筑物的外围护结构上，就能降低建筑表面和内部温度并 对墙体起到一定的保护作用，尤其适用于夏热冬冷和夏热冬暖地区，提高建筑结构的隔热效 果，从而达到降低空调制冷能耗、节约能源的目的。
辐射型涂料：不同于聚苯板、矿物棉等多孔性阻隔式保温材料，这些材料是缓慢而不断地将 白天太阳能经墙体和屋顶传入室内和结构中，即使到了晚上室外温度降低，室内和结构中的 热能也不能马上散去。而辐射型涂料却能够以热发射的形式将吸收的热量辐射出去，达到室 内外相似的降温速率。
目前的热反射涂料主要是反射和辐射两种功能相结合的涂料。
紫外线、可见光和近红外线
根据波长不同，太阳光可分为紫外线、可见光和近红外线三部分。（见图一）
紫外线：波长小于 400nm, 约占太阳总能量的 4%。
可见光：波长在 400~760nm, 约占太阳总能量的 43%，这也是构成给予我们感知颜色的波长。
近红外：波长在 760~2500nm,约占太阳总能量的 53%。红外线区域的能量大多数都落在 760~1500nm 的波段内，高于 2500nm 时，太阳能量就非常少了。
(图 1:太阳光谱)
太阳光反射比、近红外反射比、半球发射率
JG/T235-2014《建筑反射隔热涂料》中对太阳光反射比、近红外反射比和半球反射率的定义 分别如下：
太阳光反射比（Total solar reflectance, TSR）:在 300nm~2500nm 可见光和近红外波段反射与 同波段入射的太阳辐射通量的比值。
近红外反射比(Near infrared reflectance, NIR): 在 780nm~2500nm 近红外波段反射与同波段入 射的太阳辐射通量的比值。
半球反射率(Hemispherical emittance or Emissivity): 热辐射体在半球方向上的辐射出射度与 处于相同温度的全辐射体（黑体）的辐射出射度的比值。
从以上定义可以看出，太阳光反射比和近红外反射比考量的是反射太阳光，特别是反射近红外波段的能力，也就是少吸收热量的能力。半球发射率主要考量的是涂料把建筑物吸收 的日照光线和能量以一定的波长发射到空气中，从而起到降温节能的能力。
JG/235《建筑反射隔热涂料》标准 2008 版和 2014 版的主要反射性能指标区别
表 1 和表 2 分别从 2008 版和 2014 版摘取的反射隔热性能指标
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序号
|
项目
|
指标
|
||
|
WM 型*
|
WQ 型*
|
|||
|
1
|
太阳光反射比（白色）
|
≥0.80
|
||
|
2
|
半球反射率
|
≥0.80
|
||
|
3
|
隔热温差，℃
|
≥10
|
||
|
4
|
隔热温差衰减（白色），℃
|
根据不同工程，由设计确定
|
≤12
|
|
|
* WM 型—屋面反射隔热涂料；WQ—外墙反射隔热涂料。
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||||
|
序号
|
项目
|
指标
|
|||
|
低明度*
|
中明度*
|
高明度*
|
|||
|
1
|
太阳光反射比，≥
|
0.250.400.65
|
|||
|
2
|
近红外反射比，≥
|
0.40
|
L*/100
|
0.80
|
|
|
3
|
半球发射率，≥
|
0.85
|
|||
|
4
|
污染后太阳光反射比变化率，≤
|
-
|
15%
|
20%
|
|
|
5
|
人工气候老化后太阳光反射比变 化率，≤
|
5%
|
|||
|
低明度反射隔热涂料：L*≤40 中中明度反射隔热涂料：4080 高明度反射隔热涂料：L*≥80
|
|||||
对比 2008 版和 2014 版，隔热性能从单一颜色（白色）扩展到高中低各种明度 L*，L* 来源于 1976 年 CIE 推荐的均匀色空间，该空间是三维直角坐标系统，它以明度 L*和色度 a*b* 来表示颜色在色空间中的位置。换言之，这也为所有颜色
规定了各自的反射指标，特别在近 红外反射比方面，标准如同日本颁布的高太阳能反射率的屋顶涂料用 JIS K 5 675 标准，划定 了各颜色的最低反射比。同时，取消了白色隔热温差和隔热温差衰减两个指标。
在考察热量辐射能力的指标上，2014 版的半球发射率要求提高到 85%。
目前市场上普遍使用的反射物质
众所周知，目前的反射隔热涂料也称太阳光反射涂料，它是在铝基反光隔热涂料基础上 发展而来的，通过选择合适的树脂、各类金属或金属氧化物颜、填料以及生产工艺和涂装， 制备高反射率的涂层。就反射物质而言，有多种多样，但目前主流的材料可分为微球和颜料 两类。在微珠中，可分为玻璃微珠和陶瓷
微球，在颜料类可分为无机复合颜料、有机颜料和反射钛白粉。
玻璃微珠：玻璃微珠是最早被引入国内制备反射隔热涂料的材料。它的主要成分为碱石灰硼 酸盐玻璃，由于进口产品的粒径分布与可见光及近红外光在同一数量级，可以实现较大程度 的反射。尤其在高明度颜色的涂料中，它的反射表现优异。同时，对近红外光（λ=800~1350nm） 具有较高的发射性，也就是说，当辐射进入涂料表面，遇到玻璃微珠时大部分热能被发射出 来，从而降低进入涂层内部的热能。 玻璃微珠的也存在着自身的缺陷，在中明度乃至低明 度的涂料中，它的反射表现较难满足现行标准。由于密度在 0.1~0.6g/cc 之间，在生产过程 中，容易造成粉尘污染。目前市售的玻璃微珠抗压强度较低，在遇到较大剪切力时容易破损。 个别国产玻璃微珠的粒径分布更为宽泛，在分散控制、储存及漆膜平整度表现不理想。
陶瓷微球：陶瓷微球主要成分为硅铝陶瓷。在可见光和近红外光反射效果与玻璃微珠基本相 似，，并且能够大大提高漆膜表面的硬度。在中低明度颜色的涂料中，它的表现也不够突出， 粒径较小规格的陶瓷微球，价格较为昂贵。
无机复合彩色颜料(Complex inorganic Colored pigment, CICP)：
这一类材料统称为冷颜料。无 机冷颜料关键在于可以吸收可见光获得色彩并且具有较高反射红外线的能力。它的优点在于 方便快捷的调色能力，以黑色为例，为避免铁黑或炭黑造成的反射性能污染，一般反射隔热 涂料的灰色常用铁红、铁黄及酞青兰来调制，但使用黑色冷颜料即使 L*值较低的全色的太 阳光反射比也可以达到 25%左右。冷颜料在颜色选择范围、在涂料生产过程特别是防止颜料 沉淀也需要不断地完善，此外过度地研磨也会使其结构破坏，导致颜色偏色。其他，在性价 比方面尚需提高。
有机反射颜料(Organic Pigment)：有机反射颜料通常可以透射近红外光，通过透射的光线到 高反射性的底材（如白色或铝基底），将这些光线反射出去。由于有机
冷颜料价格及其昂贵， 至今没有得到大面积的推广。
反射钛白粉：从广义上来说，反射钛白粉也是颜料的一种。反射钛白粉通过改良处理和包覆， 使之粒径达到一定的设定范围，提供高红外反射率。目前已知成熟的反射钛白粉，可以在不 同颜色条件下，提供符合标准的太阳光反射比，近红外反射率以及半球发射率。但由于它的 遮盖力仅为普通钛白的 50%左右，在处于极高明度范围（如：L*>90%），则需要较多的量来 满足对比率的要求。个别国产钛白由于在粒径分布及吸油量等指标上，仍需不断完善。
以下，我将以 Huntsman Altiris reflective pigment 550 和 800 为例，从反射机理、材料选 择、在不同明度条件下表现来探讨符合 JG/T235-2014 反射隔热标准的建筑涂料。
Huntsman Altiris 反射机理
涂料漆膜主要是由树脂和颜填料组成的，当外界光入射到涂层上时，光会受到其中颗粒 的散射和吸收。根据 Weber’s Law 定义，颗粒的结晶粒径(D)和散射光波长的关系如下：
其中：λ =散射光波长；π=3.14；n=反射指数 (n1=二氧化钛；n2=树脂)
我们以金红石型二氧化钛的粒径为例， 取值 530 （所需反射最大能量的波长，对应为 绿光），n1=2.7 为金红石型反射指数；n2=1.5（某种典型树脂的反射指数），依次代入
这也是为什么绝大多数的金红石型二氧化钛的平均粒径在 280nm 左右的原因。有机树 脂的折光指数为 1.45~1.50，不同树脂涂层对太阳光线反射并无明显区别。对树脂只是要求 的透明度高，对太阳光的吸收率低，而太阳光反射率主要取决于颜填料的光学属性。颜填料 的折光指数与树脂的折光指数相差越大，对太阳光线的反射就越强，金红石型二氧化钛的折 光指数为 2.76。
材料的粒径和形状是影响散射能力的重要因素，一般来说，颗粒粒径与最大反射光波波长的关系为 1/2 。Huntsman Altiris 550 和 800 的粒径分布符合与行业惯例基本一致，表 3 表示的是 Huntsman Altiris550,800 和普通金红石钛白粉几何加权平均粒径及几何加权标准偏 差。图 2~图 4 分别表示的是各自粒径分布图。
|
|
粒径 Size ( m)
|
GWSD
|
|
|
ALTIRIS 500 pigment
|
0.70
|
1.33
|
|
|
ALTIRIS 800 pigment
|
1.001.29
|
||
|
Typical Pigmentary Rutile
|
0.31
|
1.31
|
|
图 5~图 7 分别 是 在 扫描 电 镜 下 显 示 的金 红 石钛 白 粉 、 Altiris 550pigment ， Altiris 800pigment 的形状。从图中可以看出，Huntsman Altiris550 和 800 的结晶尺寸分布很好地反 映了其粒径大小分布特性。
如何用色彩区域来选择 Huntsman Altiris PigmentAltiris 钛白颜料共分 2 种, ALTIRIS 550 和 Altiris 800。
Altiris 500：该颜料被设计成能使一些中等色度和浅色(L*>40)的涂料具有很高的太阳光反射率。(冲 淡力约为传统钛白粉*的 50%)，在使用中建议可把 550 用于建筑涂料的底漆中，从而增加太阳光 反射率。在配色时，当用 ALTIRIS® 550 颜料去取代传统的钛白粉* ，可以适当减少配方中有色颜料 的添加量。
ALTIRIS® 800： 由于该颜料冲淡力极低 (大概为传统钛白粉*的 25%) ，能使深色(L*<40)和一些亮丽 色彩的涂料具有很高的太阳光反射性能，所以建议使用在低明度(L* 40)的涂料，这些涂料很少或 没有传统钛白粉的配方，例如黑色和绚丽的红色。在配色时，当用 ALTIRIS® 800 颜料去取代传统的 钛白粉* ，可以适当减少配方中有色颜料的添加量。 图 8 为 Altiris 使用范围。
Altiris 和涂料的反射、发射率
目前一系列实验表明，使用 Huntsman Altiris500 或 800 在所有明度范围内都能达到 JG/T235 -2014 的标准。具体方法是，根据不同明度范围，采取不同添加量，同时按照添加量 相应减少普通钛白粉用量(即 altiris 500 的添加量和普通钛白添加量的比例不低于 2:1)，即可 达到太阳光反射比、近红外反射比和半球发射率的要求。表 3、表 4 及图 7、图 8 分别表示 Altiris 在高明度
(L*>80)中的表现1。
|
L*
|
a*
|
b*
|
Delta E
|
半球发射率
Emissivity
|
太阳光反射比
%Solar Reflectance
|
近红外反射比
%Near Infrared Reflectance
|
|
|
颜色
|
97.30
|
-0.37
|
0.43
|
0.27
|
0.87
|
87.0
|
88.0
|
|
L*
|
a*
|
b*
|
Delta E
|
半球发射率
Emissivity
|
太阳光反射比
% Solar Reflectance
|
近红外反射比
%NearInfrared Reflectance
|
|
|
颜色
|
86.82
|
3.43
|
9.57
|
0.05
|
0.87
|
74.6
|
83.7
|
|
L*
|
a*
|
b*
|
Delta E
|
半球发射率
Emissivity
|
太阳光反射比
% Solar Reflectance
|
近红外反射比
% Near Infrared Reflectance
|
|
|
颜色
|
77.40
|
13.21
|
23.37
|
0.14
|
0.89
|
66.0
|
80.4
|
|
L*
|
a*
|
b*
|
半球发射率
Emissivity
|
太阳光反射比
% Solar Reflectance
|
近红外反射比
% Near Infrared Reflectance
|
|
|
颜色
|
57.05
|
9.21
|
10.11
|
0.89
|
47.4
|
68.7
|
|
L*
|
a*
|
b*
|
半球发射率
Emissivity
|
太阳光反射比
% Solar Reflectance
|
近红外反射比
% Near Infrared Reflectance
|
|
|
颜色
|
35.02
|
9.09
|
7.12
|
0.88
|
27.2
|
42.8
|
全球冷屋顶及涂料的标准一览
亚洲
• 日本推广冷屋顶，标准 JIS K 5 675
• L* ≤ 40，近红外反射率 ≥ 40
• 40 < L* < 80， 近红外反射率 ≥ L* 值
• L* ≥ 80， 近红外反射率 >80
• 中国于2014年3月1日颁布新标准，JG/T 235 -2014
北美
• LEED
• 缓坡屋顶(≤ 2:12) 最低太阳光反射指数78, 陡坡屋顶(>2:12) 最低太阳光反射指数29
• 人行道太阳光反射率 33% (老化3年 28%)
• Title 24 标准推荐使用冷屋顶，可帮助业主节能~30%
欧洲
• AFNOR 标准，要求外围结构涂料的最低太阳光反射率 30% (Article 59.1)
• 欧洲冷屋顶委员会推荐使用冷屋顶技术
目前市场上对有色反射隔热涂料的要求
美国军标规定深色漆反射率在50%以上，美国绿色涂料环境标准（GS-11 Green Seal Environmental Standard for Paints and Coatings）对墙面建筑涂料的要求是浅色漆反射率在65%以上，深色漆反射率在40%以上。美国冷屋顶分级协会（Cool roof rating council）对有色反射隔热涂料的要求都有相关数据。日本JISK5675-2011高太阳能反射屋面涂料（High solar reflectant paint for roof）规定。我国JG/T25-2014建筑反射隔热涂料的要求如表（2.）。
结论语：
在当今迫切需要低碳解决方案来帮助建筑物、车辆和船舶“降温”的大环境下，Huntsman Altiris 颜料为客户带来了新商机：可以为不同品牌订制节能性能出色的产品，同时可提供 宽泛的颜色选择。用在涂料中能更好地反射太阳光的热能，有助于降低室内温度和使用空 调系统所需的能耗，同时减少温室气体的排放和空调费用。在世界节能减排，低碳生活的今 天，必将显现出更加多的发展潜力。
参考文献
1.《外墙外保温技术》 中国建筑出版社 2009 年第一版
2.《十二五建筑节能与功能性建筑涂料科技创新技术研讨会论文集》
3.林宣益.有色反射隔热建筑涂料探讨{J}中国涂料,2013,28(9):23-26
4.赵石林，建筑外墙节能隔热涂料的制备和应用，上海涂料，2014，52（9）：24-27
5.《Analyses of the effects of solar reflectance on energy use in global dwellings: Guangzhou and Shanghai》 by AECOM
6.《Solar reflective colorants - for exterior buildings and facades》 by Bas Ban Ravenswaajj, Judith Huijen
7.《建筑外墙热反射涂料用色浆》 PCI，2013,11
8.《Coating Application APAC 2014》 by Huntsman
9.《Measurement reports》 by Huntsman
10.《Technical materials》by 3M
11.《Technical materials》by D BASF
