從 2008 年推廣后的幾年里，業界在使用過程中也陸續發現一些的問題，其中的一個主 要問題就是當時無論是行業標準還是國家標準，都是以白色作為檢測標準，而實際上，建筑 外墻白色涂料的使用率僅在 20%以下，換言之，有色建筑涂料的使用率高達 80 以上。因此，是否有可能制備有色建筑熱反射涂料，有色建筑熱反射涂料的性能如何, 檢測標準又有何種變化等等，在行業內又有了新的探索，住房和城鄉建設部在 2014 年 1月7日正式頒布了 JG/T-235《建筑反射隔熱涂料》，并于3 月1 日正式實施。
一種新型反射材料---亨斯邁ALTIRIS紅外反射顏料的反射時代已來臨。可以使各種色彩斑斕的外墻涂料和聚合物產品都具有反射太陽能的能力。它在創造一個顏色豐富多彩的世界。實現高太陽光能的反射率，意味著ALTIRIS顏料可以幫助提升您系統的性能。耐候性能測試表明，在絕大多數持久耐用的體系中，使用ALTIRIS顏料的一系列顏色配方都展現出了卓越的性能。
亨斯邁ALTIRIS® 紅外反射顏料特性：經過特殊的結晶改性，從而達到很高的紅外反射性能。該顏料經過改性包 覆，以確保它們超級耐用。共有兩種不同的產品型號：
兩種定制產品:
• ALTIRIS® 800適用于深色涂料，也能用于絕大多數色彩范圍
• ALTIRIS® 550 適用于中等顏色涂料和/或底漆
在開展討論 JG/T235-2014 相關指標討論前，我們先對基本物理學的原理做個簡單的回顧。
傳導、對流和輻射
對流、傳導和輻射是熱能傳遞的三種途徑。在外圍護結構中，對流主要是受氣流影響的。 阻隔傳導性能與保溫或隔熱材料的導熱系數、材料厚度有密不可分的關系。而輻射方面，控 制涂層表面的反射率和發射率就能起到降低太陽熱能傳遞功效。根據熱傳遞機制不同，保溫隔熱涂料基本上可分為阻隔型、反射型和輻射型三種。
涂料：應用機理主要是阻止熱傳導的方式通過物體傳熱。是通過涂料自身的高熱阻來 實現隔熱的一種涂料。主要就要求涂料本身有較小的導熱系數，涂裝施工時與要求有一定的 厚度（一般不小于 30mm）。由于這屬于厚膜涂料，目前整體技術在控制干燥時間、抗沖擊 力、降低收縮率和吸濕率、提高粘結強度等方面需要不斷完善。
反射性涂料：起源于鋁基反光隔熱涂料，通過選用合適的樹脂、金屬和金屬氧化物顏料或 填料及生產工藝，制備高反射率的涂層，反射太陽光來達到隔熱的目的。利用反射型熱反射原理，將反射型涂料涂刷在建筑物的外圍護結構上，就能降低建筑表面和內部溫度并 對墻體起到一定的保護作用，尤其適用于夏熱冬冷和夏熱冬暖地區，提高建筑結構的隔熱效 果，從而達到降低空調制冷能耗、節約能源的目的。
輻射型涂料：不同于聚苯板、礦物棉等多孔性阻隔式保溫材料，這些材料是緩慢而不斷地將 白天太陽能經墻體和屋頂傳入室內和結構中，即使到了晚上室外溫度降低，室內和結構中的 熱能也不能馬上散去。而輻射型涂料卻能夠以熱發射的形式將吸收的熱量輻射出去，達到室 內外相似的降溫速率。
目前的熱反射涂料主要是反射和輻射兩種功能相結合的涂料。
紫外線、可見光和近紅外線
根據波長不同，太陽光可分為紫外線、可見光和近紅外線三部分。（見圖一）
紫外線：波長小于 400nm, 約占太陽總能量的 4%。
可見光：波長在 400~760nm, 約占太陽總能量的 43%，這也是構成給予我們感知顏色的波長。
近紅外：波長在 760~2500nm,約占太陽總能量的 53%。紅外線區域的能量大多數都落在 760~1500nm 的波段內，高于 2500nm 時，太陽能量就非常少了。
(圖 1:太陽光譜)
太陽光反射比、近紅外反射比、半球發射率
JG/T235-2014《建筑反射隔熱涂料》中對太陽光反射比、近紅外反射比和半球反射率的定義 分別如下：
太陽光反射比（Total solar reflectance, TSR）:在 300nm~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。
近紅外反射比(Near infrared reflectance, NIR): 在 780nm~2500nm 近紅外波段反射與同波段入 射的太陽輻射通量的比值。
半球反射率(Hemispherical emittance or Emissivity): 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。
從以上定義可以看出，太陽光反射比和近紅外反射比考量的是反射太陽光，特別是反射近紅外波段的能力，也就是少吸收熱量的能力。半球發射率主要考量的是涂料把建筑物吸收 的日照光線和能量以一定的波長發射到空氣中，從而起到降溫節能的能力。
JG/235《建筑反射隔熱涂料》標準 2008 版和 2014 版的主要反射性能指標區別
表 1 和表 2 分別從 2008 版和 2014 版摘取的反射隔熱性能指標
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序號
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項目
|
指標
|
||
|
WM 型*
|
WQ 型*
|
|||
|
1
|
太陽光反射比（白色）
|
≥0.80
|
||
|
2
|
半球反射率
|
≥0.80
|
||
|
3
|
隔熱溫差，℃
|
≥10
|
||
|
4
|
隔熱溫差衰減（白色），℃
|
根據不同工程，由設計確定
|
≤12
|
|
|
* WM 型—屋面反射隔熱涂料；WQ—外墻反射隔熱涂料。
|
||||
|
序號
|
項目
|
指標
|
|||
|
低明度*
|
中明度*
|
高明度*
|
|||
|
1
|
太陽光反射比，≥
|
0.250.400.65
|
|||
|
2
|
近紅外反射比，≥
|
0.40
|
L*/100
|
0.80
|
|
|
3
|
半球發射率，≥
|
0.85
|
|||
|
4
|
污染后太陽光反射比變化率，≤
|
-
|
15%
|
20%
|
|
|
5
|
人工氣候老化后太陽光反射比變 化率，≤
|
5%
|
|||
|
低明度反射隔熱涂料：L*≤40 中中明度反射隔熱涂料：4080 高明度反射隔熱涂料：L*≥80
|
|||||
對比 2008 版和 2014 版，隔熱性能從單一顏色（白色）擴展到高中低各種明度 L*，L* 來源于 1976 年 CIE 推薦的均勻色空間，該空間是三維直角坐標系統，它以明度 L*和色度 a*b* 來表示顏色在色空間中的位置。換言之，這也為所有顏色
規定了各自的反射指標，特別在近 紅外反射比方面，標準如同日本頒布的高太陽能反射率的屋頂涂料用 JIS K 5 675 標準，劃定 了各顏色的最低反射比。同時，取消了白色隔熱溫差和隔熱溫差衰減兩個指標。
在考察熱量輻射能力的指標上，2014 版的半球發射率要求提高到 85%。
目前市場上普遍使用的反射物質
眾所周知，目前的反射隔熱涂料也稱太陽光反射涂料，它是在鋁基反光隔熱涂料基礎上 發展而來的，通過選擇合適的樹脂、各類金屬或金屬氧化物顏、填料以及生產工藝和涂裝， 制備高反射率的涂層。就反射物質而言，有多種多樣，但目前主流的材料可分為微球和顏料 兩類。在微珠中，可分為玻璃微珠和陶瓷
微球，在顏料類可分為無機復合顏料、有機顏料和反射鈦白粉。
玻璃微珠：玻璃微珠是最早被引入國內制備反射隔熱涂料的材料。它的主要成分為堿石灰硼 酸鹽玻璃，由于進口產品的粒徑分布與可見光及近紅外光在同一數量級，可以實現較大程度 的反射。尤其在高明度顏色的涂料中，它的反射表現優異。同時，對近紅外光（λ=800~1350nm） 具有較高的發射性，也就是說，當輻射進入涂料表面，遇到玻璃微珠時大部分熱能被發射出 來，從而降低進入涂層內部的熱能。 玻璃微珠的也存在著自身的缺陷，在中明度乃至低明 度的涂料中，它的反射表現較難滿足現行標準。由于密度在 0.1~0.6g/cc 之間，在生產過程 中，容易造成粉塵污染。目前市售的玻璃微珠抗壓強度較低，在遇到較大剪切力時容易破損。 個別國產玻璃微珠的粒徑分布更為寬泛，在分散控制、儲存及漆膜平整度表現不理想。
陶瓷微球：陶瓷微球主要成分為硅鋁陶瓷。在可見光和近紅外光反射效果與玻璃微珠基本相 似，，并且能夠大大提高漆膜表面的硬度。在中低明度顏色的涂料中，它的表現也不夠突出， 粒徑較小規格的陶瓷微球，價格較為昂貴。
無機復合彩色顏料(Complex inorganic Colored pigment, CICP)：
這一類材料統稱為冷顏料。無 機冷顏料關鍵在于可以吸收可見光獲得色彩并且具有較高反射紅外線的能力。它的優點在于 方便快捷的調色能力，以黑色為例，為避免鐵黑或炭黑造成的反射性能污染，一般反射隔熱 涂料的灰色常用鐵紅、鐵黃及酞青蘭來調制，但使用黑色冷顏料即使 L*值較低的全色的太 陽光反射比也可以達到 25%左右。冷顏料在顏色選擇范圍、在涂料生產過程特別是防止顏料 沉淀也需要不斷地完善，此外過度地研磨也會使其結構破壞，導致顏色偏色。其他，在性價 比方面尚需提高。
有機反射顏料(Organic Pigment)：有機反射顏料通�？梢酝干浣t外光，通過透射的光線到 高反射性的底材（如白色或鋁基底），將這些光線反射出去。由于有機
冷顏料價格及其昂貴， 至今沒有得到大面積的推廣。
反射鈦白粉：從廣義上來說，反射鈦白粉也是顏料的一種。反射鈦白粉通過改良處理和包覆， 使之粒徑達到一定的設定范圍，提供高紅外反射率。目前已知成熟的反射鈦白粉，可以在不 同顏色條件下，提供符合標準的太陽光反射比，近紅外反射率以及半球發射率。但由于它的 遮蓋力僅為普通鈦白的 50%左右，在處于極高明度范圍（如：L*>90%），則需要較多的量來 滿足對比率的要求。個別國產鈦白由于在粒徑分布及吸油量等指標上，仍需不斷完善。
以下，我將以 Huntsman Altiris reflective pigment 550 和 800 為例，從反射機理、材料選 擇、在不同明度條件下表現來探討符合 JG/T235-2014 反射隔熱標準的建筑涂料。
Huntsman Altiris 反射機理
涂料漆膜主要是由樹脂和顏填料組成的，當外界光入射到涂層上時，光會受到其中顆粒 的散射和吸收。根據 Weber’s Law 定義，顆粒的結晶粒徑(D)和散射光波長的關系如下：
其中：λ =散射光波長；π=3.14；n=反射指數 (n1=二氧化鈦；n2=樹脂)
我們以金紅石型二氧化鈦的粒徑為例， 取值 530 （所需反射最大能量的波長，對應為 綠光），n1=2.7 為金紅石型反射指數；n2=1.5（某種典型樹脂的反射指數），依次代入
這也是為什么絕大多數的金紅石型二氧化鈦的平均粒徑在 280nm 左右的原因。有機樹 脂的折光指數為 1.45~1.50，不同樹脂涂層對太陽光線反射并無明顯區別。對樹脂只是要求 的透明度高，對太陽光的吸收率低，而太陽光反射率主要取決于顏填料的光學屬性。顏填料 的折光指數與樹脂的折光指數相差越大，對太陽光線的反射就越強，金紅石型二氧化鈦的折 光指數為 2.76。
材料的粒徑和形狀是影響散射能力的重要因素，一般來說，顆粒粒徑與最大反射光波波長的關系為 1/2 。Huntsman Altiris 550 和 800 的粒徑分布符合與行業慣例基本一致，表 3 表示的是 Huntsman Altiris550,800 和普通金紅石鈦白粉幾何加權平均粒徑及幾何加權標準偏 差。圖 2~圖 4 分別表示的是各自粒徑分布圖。
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|
粒徑 Size ( m)
|
GWSD
|
|
|
ALTIRIS 500 pigment
|
0.70
|
1.33
|
|
|
ALTIRIS 800 pigment
|
1.001.29
|
||
|
Typical Pigmentary Rutile
|
0.31
|
1.31
|
|
圖 5~圖 7 分別 是 在 掃描 電 鏡 下 顯 示 的金 紅 石鈦 白 粉 、 Altiris 550pigment ， Altiris 800pigment 的形狀。從圖中可以看出，Huntsman Altiris550 和 800 的結晶尺寸分布很好地反 映了其粒徑大小分布特性。
如何用色彩區域來選擇 Huntsman Altiris PigmentAltiris 鈦白顏料共分 2 種, ALTIRIS 550 和 Altiris 800。
Altiris 500：該顏料被設計成能使一些中等色度和淺色(L*>40)的涂料具有很高的太陽光反射率。(沖 淡力約為傳統鈦白粉*的 50%)，在使用中建議可把 550 用于建筑涂料的底漆中，從而增加太陽光 反射率。在配色時，當用 ALTIRIS® 550 顏料去取代傳統的鈦白粉* ，可以適當減少配方中有色顏料 的添加量。
ALTIRIS® 800： 由于該顏料沖淡力極低 (大概為傳統鈦白粉*的 25%) ，能使深色(L*<40)和一些亮麗 色彩的涂料具有很高的太陽光反射性能，所以建議使用在低明度(L* 40)的涂料，這些涂料很少或 沒有傳統鈦白粉的配方，例如黑色和絢麗的紅色。在配色時，當用 ALTIRIS® 800 顏料去取代傳統的 鈦白粉* ，可以適當減少配方中有色顏料的添加量。 圖 8 為 Altiris 使用范圍。
Altiris 和涂料的反射、發射率
目前一系列實驗表明，使用 Huntsman Altiris500 或 800 在所有明度范圍內都能達到 JG/T235 -2014 的標準。具體方法是，根據不同明度范圍，采取不同添加量，同時按照添加量 相應減少普通鈦白粉用量(即 altiris 500 的添加量和普通鈦白添加量的比例不低于 2:1)，即可 達到太陽光反射比、近紅外反射比和半球發射率的要求。表 3、表 4 及圖 7、圖 8 分別表示 Altiris 在高明度
(L*>80)中的表現1。
|
L*
|
a*
|
b*
|
Delta E
|
半球發射率
Emissivity
|
太陽光反射比
%Solar Reflectance
|
近紅外反射比
%Near Infrared Reflectance
|
|
|
顏色
|
97.30
|
-0.37
|
0.43
|
0.27
|
0.87
|
87.0
|
88.0
|
|
L*
|
a*
|
b*
|
Delta E
|
半球發射率
Emissivity
|
太陽光反射比
% Solar Reflectance
|
近紅外反射比
%NearInfrared Reflectance
|
|
|
顏色
|
86.82
|
3.43
|
9.57
|
0.05
|
0.87
|
74.6
|
83.7
|
|
L*
|
a*
|
b*
|
Delta E
|
半球發射率
Emissivity
|
太陽光反射比
% Solar Reflectance
|
近紅外反射比
% Near Infrared Reflectance
|
|
|
顏色
|
77.40
|
13.21
|
23.37
|
0.14
|
0.89
|
66.0
|
80.4
|
|
L*
|
a*
|
b*
|
半球發射率
Emissivity
|
太陽光反射比
% Solar Reflectance
|
近紅外反射比
% Near Infrared Reflectance
|
|
|
顏色
|
57.05
|
9.21
|
10.11
|
0.89
|
47.4
|
68.7
|
|
L*
|
a*
|
b*
|
半球發射率
Emissivity
|
太陽光反射比
% Solar Reflectance
|
近紅外反射比
% Near Infrared Reflectance
|
|
|
顏色
|
35.02
|
9.09
|
7.12
|
0.88
|
27.2
|
42.8
|
全球冷屋頂及涂料的標準一覽
亞洲
• 日本推廣冷屋頂，標準 JIS K 5 675
• L* ≤ 40，近紅外反射率 ≥ 40
• 40 < L* < 80， 近紅外反射率 ≥ L* 值
• L* ≥ 80， 近紅外反射率 >80
• 中國于2014年3月1日頒布新標準，JG/T 235 -2014
北美
• LEED
• 緩坡屋頂(≤ 2:12) 最低太陽光反射指數78, 陡坡屋頂(>2:12) 最低太陽光反射指數29
• 人行道太陽光反射率 33% (老化3年 28%)
• Title 24 標準推薦使用冷屋頂，可幫助業主節能~30%
歐洲
• AFNOR 標準，要求外圍結構涂料的最低太陽光反射率 30% (Article 59.1)
• 歐洲冷屋頂委員會推薦使用冷屋頂技術
目前市場上對有色反射隔熱涂料的要求
美國軍標規定深色漆反射率在50%以上，美國綠色涂料環境標準（GS-11 Green Seal Environmental Standard for Paints and Coatings）對墻面建筑涂料的要求是淺色漆反射率在65%以上，深色漆反射率在40%以上。美國冷屋頂分級協會（Cool roof rating council）對有色反射隔熱涂料的要求都有相關數據。日本JISK5675-2011高太陽能反射屋面涂料（High solar reflectant paint for roof）規定。我國JG/T25-2014建筑反射隔熱涂料的要求如表（2.）。
結論語：
在當今迫切需要低碳解決方案來幫助建筑物、車輛和船舶“降溫”的大環境下，Huntsman Altiris 顏料為客戶帶來了新商機：可以為不同品牌訂制節能性能出色的產品，同時可提供 寬泛的顏色選擇。用在涂料中能更好地反射太陽光的熱能，有助于降低室內溫度和使用空 調系統所需的能耗，同時減少溫室氣體的排放和空調費用。在世界節能減排，低碳生活的今 天，必將顯現出更加多的發展潛力。
參考文獻
1.《外墻外保溫技術》 中國建筑出版社 2009 年第一版
2.《十二五建筑節能與功能性建筑涂料科技創新技術研討會論文集》
3.林宣益.有色反射隔熱建筑涂料探討{J}中國涂料,2013,28(9):23-26
4.趙石林，建筑外墻節能隔熱涂料的制備和應用，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.《建筑外墻熱反射涂料用色漿》 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
