[发明专利]大气窗口区域高发射的透明隔热涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂料，尤其涉及一种可涂覆于建筑或车窗玻璃外表面的大气窗口区域高发射的透明隔热涂料及其制备方法。

背景技术

从热辐射观点来看，外层空间可以近似堪称一个绝对温度为零的黑体。如果在大气层外设一个温度为T＝300K的黑体(遮住直射的太阳光)；则它将被逐渐地冷却下来。根据斯蒂芬-波尔兹曼定律，可以计算出它辐射到外层空间的单位面积能量W：

W＝αT⁴＝5.7×10^-8×300⁴≈450W/m²

这个数值是非常高的制冷量。在外层空间，利用辐射型涂料，可以获得很好的隔热效果。美国航空航天局(NASA)就在1994年开发了新型的高辐射涂层(Emisshield)技术，并将其用于X-33与X-34型轨道飞行器。该产品在室温下具有高达0.8-0.9的辐射率，并且其使用温度可达3000F甚至更高。

但在大气层之内，由于大气阻挡了部分红外辐射到达外层空间，其制冷效果会大幅度下降。因为在大气层内，并不是地球发射的所有辐射都通过太空。辐射相当大的一部分被地球大气所吸收和重新发射到地球的表面。

大气层的红外辐射主要来源于大气中的水蒸气、二氧化碳、臭氧及悬浮微粒，其中起主要作用的是水蒸气和二氧化碳。在波长为8～13.5μm的区间内，水蒸气和二氧化碳的红外吸收能力较弱，因此，在此波段内的红外辐射能力也较弱，这样就使得大气层对8～13.5μm的红外辐射有很高的透过性，我们称波长为8～13.5μm的区间为“大气窗口”。在实际的应用中，可以利用这样一个红外的窗口，来达到辐射制冷的目的。

图1表示大气层中的辐射体的辐射功率及天空投射到辐射体上的辐射功率与波长之间的关系，可知，当辐射热损与热收益相一致时，辐射体的温度可达到最低值，在天空清澈无云的夜间，一个黑体可以冷却至比周围环境气温低10～20℃。而图2为当辐射体在8～13.5μm范围内为理想黑体，而在其他范围内围理想反射体的情况，可知这样的辐射体可比黑体降至更低的温度。

透明隔热涂料是一种可在涂覆后形成透明涂层的涂料，并且该涂层在近红外区对阳光有很强的阻隔性能。美国专利US5518810 Infrared ray cutoff material and infrared cutoff powder use for same就描述了一种掺锡氧化铟粉体分散在无机或者有机聚合物中形成的涂料，其在可见光区透明，并且能阻隔波长在1000nm以上的近红外光，从而达到隔热的目的。

在有关透明隔热涂料专利中——如申请号为200410014672.4的中国专利“纳米透明隔热复合涂料及其该涂料的隔热效果测试装置”，以及申请号为201010199580.3的中国专利“一种红外屏蔽型玻璃隔热涂料及其制备方法”——均使用纳米掺杂氧化物作为功能填料。但是，由于纳米掺杂氧化物对红外线很强的吸收作用及其较低的红外发射率，使得涂层不断吸收太阳红外辐射，却无法通过热辐射有效地进行冷却。因此，在阳光——尤其是夏日正午阳光——的照射下涂层所涂覆的表面会升至很高的温度，而且在阳光直射结束之后，由于涂层在红外光区——尤其是大气窗口区域的低发射率，涂层所涂覆的表面的降温过程也会进行地很慢。涂层长时间处于高温状态，会造成建筑物或是车辆内部制冷负荷的增加，影响涂层的使用寿命。

而如果当涂层具有在大气窗口区域的高发射性能时，就可以在阳光直射过后快速冷却，有效减少涂层表面在较高温度所停留的时间，减小建筑物或车辆内部制冷负荷，延长涂层使用寿命。

涂层的高发射能力被广泛的应用于不透明的太阳热反射涂层中以避免涂层表面积累过多的热量，根据公开号为CN 101812269 A的中国专利“太阳热辐射反射涂料”所述，按重量百分比包括20-70％成膜物质，20-60％溶剂，2-10％中空微粒，2-10％红外粉，0.1-1％纳米二氧化钛，4-20％助剂所得的涂料，经涂装成膜之后，至少达到大于等于85％的全光谱太阳热反射率、大于等于85％的半球发射率。公开号为CN 101565581A的中国专利“反射隔热涂料及其制作方法”中所述反射隔热涂料，其全光谱太阳反射比为0.87，其半球发射率为0.87。但是这些涂料均不是透明的，无法满足透明涂料的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大气窗口高发射的透明隔热涂料，其能克服已有技术中所公开的透明隔热涂料所出现的大气窗口区发射率较低而无法有效散热的不足。