技术领域
本发明涉及一种涂覆材料，更具体涉及一种在两个波长区有反射性能、
第三个波长区有吸收性能的涂覆材料。
背景技术
已知的涂覆材料，例如内墙涂料是由粘合剂、颜料和各种添加剂组成的。 在大多数情况下，白色的墙壁涂料是较好的，以便利用从墙壁反射的光线。
在室内，除了使用浅色墙壁反射光线以外，在冬季还要求将由室内物体、 房屋内墙、以及室内人体发出的热辐射反射回房间外墙之内。在温度为20℃ 时，房屋内墙发出的热能为：
M＝ε.σ.T4＝397Wm-2
其中，ε是表面发射度，σ是Stefan Boltzmann常数，为5.67×10-8，T 是以开尔文为单位的表面温度。根据Wien定律，对应于该温度的波长是9.89 微米，是处于热红外区的波长。这意味着根据Planck辐射定律该墙壁发出最 大的辐射为9.89微米。由于室内所用的涂覆材料对波长为5-100微米的热辐 射具有高的吸收性，因此仅约有5％的这种热辐射由对置的外墙内侧所反射。 其余的95％通过墙壁的热传导传递至该墙之外，使房间丢失了这些热能。
在冬季阳光照射时，由于每年此时太阳低的位置，使得阳光可以例如穿过 房屋朝南的窗户照射内墙，根据墙壁涂料在0.3-2.5微米的阳光光谱区的反 射性能，内墙吸收阳光并相应地转化成热能。
在普通的墙壁涂料中，依然使用还能在阳光光谱可见区之外的0.8-2.5微 米近红外区进行反射的颜料，因此在该波长区反射回大部分的太阳能，就像 在可见区的“白色”颜色那样。另外，在普通涂料中使用的颜料和粘合剂在 热红外区，也就是说在热辐射区具有强的吸收带。高达95％由太阳辐射获得 的热量可立即以热辐射的形式释放。
尽管这种热量存在于房间中，但是该房间仅在太阳照射时暖和。这是因为 在近红外区低的能量产出，并特别是因为立即有95％热量由表面发射，无盈 余的能量能储存用于即将到来的夜晚。
相似的情况发生于房屋的外墙一侧。外墙主要使用目光可见的白色和浅色 涂料，这更主要是由于外观的缘故。由于使用的颜料与内墙涂料相似，它们 在阳光的近红外区也具有高的反射性。与内墙涂料一样，在热红外区，也就 是热辐射区外墙涂料的反射性是低的。由于通常使用的粘合剂和颜料在该波 长区强的吸收带，使得95％从阳光获得的、能在墙壁涂料中转化成热量的热 量被再次释放。
美国专利4,916,014描述了一种涂层，它在两个波长区具有反射性能。但 是，它对本发明的目的而言是不利的，因为除了在可见光区域的高反射性以 外，还应在太阳光谱的近红外区具有反射能力，以防止涂覆有所述涂层的建 筑物被加热。
DE1 227 594披露了一种红外反射的防火保护涂层，它至少在近红外波长 区具有高的反射性。但是它对本发明的目的而言是不利的，因为涂层在近红 外区具有反射性，但由于所选用的材料的缘故，它在波长高于10微米的热红 外区具有吸收性，因此具有发射效果。
发明内容
本发明的目的是用简单的方法将在冬季能获得的直射的和漫射的阳光有效 地包括在房屋的结余热量中，同时仍然可以用常规的方式考虑在房屋墙面色 彩(如浅色)设计中的美感。
本发明目的是通过如下的特征实现的，即向在0.38-0.75微米和5-100 微米波长区具有大于40％的高透明度，并在所述波长区内折射率n小于2.0 的粘合剂中，
a.加入按整个涂覆材料的湿重量计，2-30重量％片状的第一类颗粒，该 类颗粒的厚度小于10微米，该颗粒的长×宽面积大于100微米2，该颗粒在 5-100微米热辐射波长区的反射能力R大于40％，并且
b.该类颗粒至少部分地被第二类颗粒所涂覆，所述第二类颗粒仅在 0.38-0.75微米的阳光辐射的可见波长区以及在5-100微米热辐射区具有大于 40％的透明度，同时在0.8-2.5微米的太阳光谱的近红外区具有大于20％的 尽可能高的吸收性，并且该第二类颗粒在0.38-0.75微米的阳光辐射的可见 波长区的折射率大于粘合剂的折射率，第二类颗粒除了具有高折射率以外， 其颗粒尺寸应挑选得使能产生最佳背散射并因此在阳光辐射的可见区产生反 射效应。
具体实施方式
本发明涉及涂覆材料，对这种材料进行设计使得它能在0.4-0.7微米的电 磁光谱的可见区进行反射，并在0.75-2.5微米的近红外区进行吸收。该涂覆 材料在3-100微米，特别是在5-50微米，即在温度为0-30℃的表面具有最大 辐射的波长区具有高的反射性，低的吸收度。这意味着在该波长区该涂覆材 料还具有低的热发射率。
为了达到这个目的，为了制造白色、在可见区明亮的涂覆材料，选择在可 见区透明并具有比粘合剂更高折射率的颜料，因而该颜料在可见区形成高的 背散射，从而是白色的并且是明亮的。
在0.75-2.5微米的近红外区，所选择的颜料略有吸收，在热红外区，特 别在5-50微米区域，颜料主要是透明的，所以它们根本不吸收热辐射。在本 说明书的以下章节中，将这些颜料称为第二类颗粒，以便更好地与其它添加 剂相区别。
为了在5-50微米的热红外区获得反射性，向粘合剂中加入片状颜料，这 种颜料由下式算得的反射能力R大于40％，最好大于60％：
R＝[(n-1)2+k2]/[(n+1)2+k2]。
其中n是颜料的折射率，k是吸收系数。在本说明书的以下部分中，为了 不致混淆，将这些颜料称为第一类颗粒。
这些颜料的反射性是宽频带的，也就是说它们在可见区以及在近红外区和 热红外区都会反射。然而，仅仅是它们在热红外区的反射性是要求的，在可 见区的反射应尽可能接近零。
这一方面可以通过将第二类颗粒直接涂覆于第一类颗粒之上或通过在粘合 剂中的自由涂覆获得。另外，选择第一类颗粒片的尺寸使之尽可能大已证实 是有利的，因为在这种情况下它们对看到的颜色变灰很少起作用。
涂覆材料在0.75-2.5微米，也就是说在可见区外的要求的吸收能力一方 面是由第二类颗粒本身产生的，另一方面是由使涂覆材料着色的其它颗粒产 生的。
所述其它颗粒在5-100微米，无论如何至少在10-50微米的热辐射波长区 具有大于40％，最好大于60％的高透明度，该其它颗粒在0.38-0.75微米， 无论如何至少在0.4-0.7微米的阳光辐射的可见区选择性地反射不连续的可 见光线，并且在0.8-2.5微米，无论如何至少在1.0-2.0微米的阳光辐射的 近红外区，具有大于20％，最好大于40％的尽可能高的吸收性。
对所述其它颗粒进行挑选，使得它们在可见区具有光谱选择性并仅反射非 连续的颜色，也就是说例如红、绿或蓝，并使得它们在近红外区具有高的吸 收性并在热红外区具有高的透明度以便尽可能不影响第一类颗粒在该区域的 反射性。
对所述颜料分散于其中的粘合剂的挑选取决于所处理的表面。重要的是粘 合剂无论如何必须在可见区和热红外区具有高的透明度，以便使涂覆材料在 这些波长区进行背散射和反射。粘合剂在近红外区具有吸收带是有利的。
对于墙面而言，使用分散体粘合剂已证实是有利的，因为它们能主动地呼 吸。具体地说，聚乙烯基分散体(dispersions)混合物和聚环氧乙烷与少量丙 烯酸分散体的混合物适合于作为本发明涂覆材料。
对金属表面(如金属窗框和金属门以及金属建筑如暖房的内侧和外侧)而 言，含有溶剂的粘合剂，如环化橡胶和水合烃树脂是较适合的，其中后者较 好仅用于内壁中。
本发明构思的进一步发展在于第一类颗粒是选自金属，如铝、铜、银、金、 镍、锌、铁；选自金属合金，如不锈钢、黄铜、青铜；选自半导体，如硅、 锗；或选自掺杂半导体，如掺杂的硅。
本发明构思的进一步发展在于第一类颗粒是电导性的，并且涂覆另外一层 导电性薄层以增强化学耐受性并增加光泽度。
本发明构思的进一步发展在于第一类颗粒是导电性的，并涂覆一层非导电 性薄层用于形成颜色。
本发明构思的进一步发展在于第一类颗粒由涂覆有导电性涂层(如掺杂的 氧化锡、氧化铟锡或氧化锑)的非导电性材料如塑料片或云母片组成。
本发明构思的进一步发展在于第二类颗粒是金属硫化物，如硫化铅和硫化 锌；金属硒化物，如硒化锌；氯化物如氯化钠和氯化钾；氟化物如氟化钙、 氟化锂、氟化钡和氟化钠；锑化物如锑化铟；是金属氧化物如氧化镁、氧化 锑和氧化锌；是钛酸钡；是铁酸钡；是纯硫酸钙CaSO4；是沉淀硫酸钡以及是 硫酸钡与硫化锌的掺混晶体，如立德粉。
本发明构思的进一步发展在于当第二类颗粒选自无机着色颜料时，它们是 金属氧化物，如铁氧化物，特别是透明的铁氧化物；红色和黄色氧化物，如BASF sicotrans制剂、Bayerα-铁氧化物；氧化铁黑色颜料，如颜料黑11；铬氧 化物如氧化铬绿；铅氧化物，如红铅；钼氧化物，混合金属氧化物和铁蓝颜 料如基于氰化Fe(II)Fe(III)配合物微晶的Degussa’s vossen蓝；而当它们 选自有机颜料时，它们是双偶氮颜料、靛蓝颜料，特别是硫靛衍生物，如7，7’- 二氯硫靛和酞菁。
本发明构思的进一步发展在于粘合剂是含溶剂的粘合剂、水基漆或水性分 散体，并且可以是环化橡胶、氯橡胶、丁基橡胶、烃树脂、α-甲基苯乙烯-丙 烯腈共聚物、聚酯酰胺、基于丙烯酸丁酯和聚丙烯酸酯，特别是聚丙烯酸丁 酯的丙烯酸树脂，基于聚环氧乙烷的水性分散体，基于乙烯-丙烯酸共聚物的 水性分散体，基于甲基丙烯酸酯、基于丙烯酸酯-苯乙烯、乙烯基吡咯烷-乙 酸乙烯酯共聚物、无规立构的聚丙烯酸异丙酯、聚乙烯基吡咯烷的水性分散 体或所述分散体和漆的混合物。
下面将参照实施例并在实验的框架内对本发明主题进行更详细的描述。
本发明涂覆材料的效果将在朝南窗对面的内墙上得到证实。
分散体混合物由下列组分组成：
200g 含有40％固体的聚乙烯分散体
200g 含有40％固体的聚环氧乙烷
20g 含有40％固体的丙烯酸分散体
2g 消泡剂
30g 增稠剂
240g 水
200g 硫化锌
200g 氧化锌
5g 氧化铬绿
80g 片状铝铜锡合金(bronze)
该混合物形成石灰绿、明亮的墙壁涂料，用该涂料涂覆部分墙面。涂料干 燥后，测量经阳光照射后未处理的部分墙面和经涂覆的部分墙面的表面温度。 尽管有热量传导进入墙壁，经本发明涂料涂覆的部分墙壁的温度仍比其它部 分高15℃。
用不同的组分重复相同的实验。用Bayer α-铁红色氧化物代替二氧化格 绿，并用掺杂硅颗粒代替铝铜锡合金。混合物形成浅红色的明亮色彩。经阳 光照射后，可测得温度比未处理墙面上升12℃。
将相同的颜色涂覆在外墙的内侧。在晚上，用热成像相机对其进行测量， 结果在该处逸出至室外的热量较少。
在对房屋的朝南外墙进行的进一步实验中，用等量的立德粉代替用作第二 类颗粒的硫化锌和氧化锌颜料。少量增加混合物中丙烯酸的量。使用片尺寸 约为10000μm2在热红外区具有反射性的锌片作为第一类颗粒。混合物没有色 彩，形成明亮的折射白色，与未处理的墙面相比，用本发明涂料涂覆的墙面 温度升高了11℃。向相同的混合物中加入少量硫酸钙和铁酸钡。尽管在目光 可见区可见的颜色接近白色，但是用这种方法可显著地增加对太阳光谱近红 外区的吸收。
在晚上，使用热成像相机可观察到用本发明涂料涂覆处房屋向外的热辐射 明显小于未经处理的地方。
对两扇朝南的窗户中的一扇的铝框外侧用环化橡胶基光泽涂料涂覆，该涂 料除了氧化锌基第二类颗粒以外，还包括少量作为其它颗粒的氧化铁黑颜料、 作为第一类颗粒的不锈钢片以及一种红外透明的软化剂。该窗框的内侧用水 合烃树脂基光泽涂料涂覆。
使用立德粉作为第二类颗粒，涂覆有银的镍片作为第一类颗粒，并使用透 明氧化铁作为其它颗粒用于着色涂料。
在白天，能量主要由太阳光谱的近红外区传向室内。在晚上，用热成像相 机可观察到与未经处理的窗框相比，用本发明涂覆材料涂覆过的窗框向外发 射的热量较少。