基于美學與環保的一種多彩藝術涂料制備及應用性能研究

摘要：為同時提高建筑的環保性和美學工藝，試驗在丙烯酸乳液和各種助劑基礎上，以紅外反射型鈦白粉550和空心玻璃微珠作為反射隔熱填料，添加適量顏料，制備一種多彩藝術涂料。針對藝術涂料的太陽光反射比（TSR）以及近紅外反射比（NIR）進行研究。結果表明，在藝術涂料中添加紅外反射型鈦白粉550，會使其TSR和NIR提高；空心玻璃微珠的添加則對藝術涂料TSR和NIR的影響較小；而在藝術涂料中添加顏料，會降低其TSR和NIR，降低程度從大到小為普通鐵紅顏料、無機硅鐵紅顏料、有機苝紅顏料。在藝術涂料中，添加6%鈦白粉、12%空心玻璃微珠和適量有機顏料，其反射性能和基本性能均良好。

關鍵詞：丙烯酸乳液；鈦白粉；空心玻璃微珠；太陽光反射比；近紅外反射比

中圖分類號：TQ630文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）01-0074-04

Research on the preparation and application performanceof a colorful art coating based on aestheticsand environmental protection

BAI Ying1，BAI Xiaomei2

（1.Xianyang Normal University，Xianyang 712000，Shaanxi China；

2.School of Resources and Environment，Beibu Gulf University，Qinzhou 535011，Guangxi China）

Abstract：In order to improve the environmental protection and aesthetic process of buildings at the sametime，on the basis of acrylic acid lotion and various additives，infrared reflective titanium dioxide 550 and hollow glass beads were used as reflective heat insulation filler，and an appropriate amount of pigment was added to prepare a colorful art coating.Sunlight reflectance（TSR）and near-infrared reflectance（NIR）of art paints were studied.The results showed that adding infrared reflective titanium dioxide 550 to artistic coatings increased their TSR and NIR.Thead?dition of hollow glass microspheres had a relatively small impact on the TSR and NIR of artistic coatings.Adding pigments to artistic coatings reduced their TSR and NIR，and the degree of reduction is ordinary iron red pigment，inorganic silicon iron red pigment，and organic perylene red pigment.In artistic coatings，6%titanium dioxide，12%hollow glass microspheres，and an appropriate amount of organic pigment were added.At this time，the reflectiveand basic properties of artistic coatings are good.

Key words：acrylic lotion；titanium dioxide；hollow glass microbeads；sunlight reflectance ratio；near infrared re?flectance

由于受到長時間太陽光輻射的影響，建筑外墻表面通常會吸收并累積大量的熱量，并將這些熱量傳遞到建筑內部，室內空調需要更多的能耗才能起到降溫效果[1]。因此，提高外墻等建筑結構的保溫隔熱能力，是發展建筑節能的重要途徑之一。除了基本的隔熱效果以外，我國的外墻隔熱涂料通常顏色單調，主要以白色或淺色為主。為增強建筑的美學工藝特征，許多學者對多彩外墻隔熱涂料進行了研究。如以15%的硅丙乳液作為成膜物質，添加適量小粒徑骨料、鈦白粉和冷顏料，制備一種擁有反射隔熱性能的彩色質感仿石涂料[2]。以空心玻璃微珠、反射隔熱鈦白粉以及反射隔熱彩砂等材料，制備一種多彩涂料[3]。通過高明度重質碳酸鈣、反射隔熱鈦白粉、冷色漿和透射色漿等材料，制備了一種中明度色系的多彩涂料[4]。鑒于此，為在保證涂料反射性能的同時，提高涂料的裝飾效果，以丙烯酸乳液為主要原料，添加適量紅外反射型鈦白粉550、空心玻璃微珠、顏料以及各種助劑，制備一種同時具備美學工藝特征和保溫隔熱效果的環保型藝術涂料。

1試驗部分

1.1材料與設備

主要材料：紅外反射型鈦白粉550（工業純，美國亨斯邁）；丙烯酸乳液（工業純，鑫沃化工）；消泡劑（工業純，恩澤化工）；空心玻璃微珠（工業純，華星新材料）；十二碳醇酯（工業純，辰宇化工）；增稠劑（工業純，海安石油化工）；丙二醇（工業純，茂乾化工）；潤濕分散劑（工業純，易和精細化學）；羥乙基纖維素（工業純，晨明生物科技）。

主要設備：YY-4型高速分散機（利采環保）；YP1002型電子天平（越平科學儀器）；UV756型分光光度計（順諾儀器）。

1.2試驗方法

1.2.1藝術涂料組分配比

以丙烯酸乳液為基礎材料，以紅外反射型鈦白粉550、空心玻璃微珠作為反射隔熱填料，添加各種助劑和顏料，制備一種美術用環保型藝術涂料。該藝術涂料的組分配比如表1所示[5-7]。

表1中，X、Y、Z均為變量，分別表示紅外反射型鈦白粉550、顏料和空心玻璃微珠的添加量。

1.2.2藝術涂料的制備

（1）使用分散機，在低速分散的條件下，將適量水、羥乙基纖維素、潤濕分散劑、消泡劑以及增稠劑混合攪拌10 min；

（2）向分散機中繼續添加適量高嶺土、紅外反射型鈦白粉550和多功能胺助劑，高速分散30 min，使材料細度低于60μm；

（3）繼續向分散機中加入適量丙二醇、消泡劑、丙烯酸乳液和十二碳酯醇，攪拌混合10 min。加入適量水后，進行中速攪拌處理20 min。即可獲得以藝術涂料基礎漆；

（4）后續根據試驗需要添加適量顏料，攪拌混合，即可獲得多彩藝術涂料。

1.2.3試件的制備

參考JG/T 235—2014《建筑反射隔熱涂料》[8]，以鋁合金板作為藝術涂料試件的基材，基材表面無氧化層和著色層，尺寸規格為100 mm×80 mm×1.0 mm。將制備好的藝術涂料用線棒刮涂的方式涂覆到鋁合金板表面，涂覆厚度在0.2 mm左右。將鋁合金板材料放置在常溫環境中養護7d，獲得藝術涂料試件。

1.3性能測試

1.3.1反射性能

通過分光光度計等試驗儀器，測試藝術涂料試件的反射性能。并根據測試數據，對藝術涂料的太陽光反射比（TSR）以及近紅外反射比（NIR）進行計算。

TSR計算公式[9]：

TSR=（1）

式中：ρ0（λ）為標準白板光譜反射比；Sλ為太陽光譜輻射照度；Δλ為波長間隔，nm。

NIR計算公式[10]：

NIR=Σλ（2）3（0）0（0）0 n（nm）mρ0（λ）ρ（λ）SλΔλ（2）

式中：ρ0（λ）為標準白板光譜反射比；ρ（λ）為藝術涂料試件光譜反射比；Sλ為太陽光譜輻射照度；Δλ為波長間隔。

1.3.2基礎性能

根據HG/T 4343—2012[11]，測試本試驗制備的藝術涂料的基礎性能，其中包括藝術涂料的穩定性、干燥時間等。

2結果與分析

2.1鈦白粉添加量的影響

在本試驗制備的藝術涂料中，紅外反射型鈦白粉550是發揮反射作用的主要組分。這種紅外反射型鈦白粉550的粒徑與太陽光波長的比值處于0.1～10。因此，材料可以呈現出菲涅耳型反射，具有一定的隔熱效果[12-13]。基于此，為使藝術涂料具備一定的太陽光反射能力，本試驗將紅外反射型鈦白粉550添加到藝術涂料中，并探究這種鈦白粉添加量對藝術涂料反射性能的影響。藝術涂料反射性能如圖1所示。

由圖1可知，當在藝術涂料中加入鈦白粉后，藝術涂料的TSR以及NIR均出現顯著提高。并且，隨著鈦白粉添加量的增多，藝術涂料的TSR以及NIR均出現先迅速大幅度提高然后提升幅度減小的變化。當藝術涂料中不含鈦白粉填料時，TSR為52.6%，NIR為53.2%。當添加3%鈦白粉時，藝術涂料的TSR升高到73.5%，提高了39.7%；NIR升高到76.8%，提高了44.4%。當在藝術涂料中添加6%鈦白粉時，藝術涂料TSR以及NIR的變化曲線基本達到拐點，分別是81.9%、85.0%，增幅分別是55.7%、59.8%。由此可知，當鈦白粉的添加量達到6%時，繼續向藝術涂料中增加鈦白粉的添加量，對涂料反射性能的提升意義較小。并且，如果在藝術涂料中添加過多的鈦白粉，會導致藝術涂料中的其他色彩容易被遮蓋，不利于調色，且會增加材料成本。因此，紅外反射型鈦白粉550較適宜的添加量為6%。

2.2隔熱填料添加量的影響

為提高藝術涂料的隔熱效果，將常用的隔熱填料空心玻璃微珠添加到藝術涂料中。這種空心玻璃微珠有著特殊的中空結構，是一種微米級玻璃球體，導熱系數通常只有0.03～0.07 W/（m×K）[14]。因此，當藝術涂料中含有空心玻璃微珠時，這些空心玻璃微珠可以對太陽光進行多次反射，使藝術涂料能夠吸收和透射一些熱輻射能量，從而使藝術涂料的隔熱效果提高[15]。在此基礎上，針對空心玻璃微珠添加量對藝術涂料反射性能的影響進行試驗，結果如圖2所示。

由圖2可知，當空心玻璃微珠添加量在0%～12%時，藝術涂料的TSR以及NIR基本不會出現較大變化。這說明，在藝術涂料中添加空心玻璃微珠，對藝術涂料反射性能的作用效果較小。因此，在不影響藝術涂料反射性能的情況下，在藝術涂料中添加12%空心玻璃微珠較適宜。

2.3顏料的影響

試驗主要選擇了紅色系顏料添加到藝術涂料中，分別是普通鐵紅顏料、無機硅鐵紅顏料以及有機硅鐵紅顏料。通過改變顏料添加量，測試不同顏料的藝術涂料反射性能如圖3所示。

由圖3（a）可知，隨著紅色系顏料在藝術涂料中的添加量增多，藝術涂料的太陽光反射比不斷減小。可以看到，當在藝術涂料中添加2%紅色系顏料時，藝術涂料的太陽光反射比均低于60%。其中，添加2%普通鐵紅時的TSR為52.4%，降低了35.9%；添加2%無機硅鐵紅時的TSR為57.5%，降低了29.7%；添加2%有機硅鐵紅時的TSR為59.8%，降低了26.9%。這些變化說明，在藝術涂料中添加顏料，會導致藝術涂料對太陽光的反射能力降低。并且，在相同顏料添加量條件下，添加有機硅鐵紅顏料的藝術涂料TSR最大，其次為添加無機硅鐵紅顏料，而添加普通鐵紅顏料的藝術涂料TSR則最小。在藝術涂料中添加有機硅鐵紅顏料對其反射性能的負面影響較小。

從圖3（b）可知，隨著紅色系顏料在藝術涂料中的添加量增多，藝術涂料的近紅外反射比也在不斷減小。當添加2%普通鐵紅時，藝術涂料的NIR為73.6%，降低幅度為13.2%；當添加2%無機硅鐵紅時，藝術涂料的NIR為76.4%，降低幅度為9.9%；當添加2%有機硅鐵紅時，藝術涂料的NIR為80.3%，降低幅度為5.3%。由此可見，當在藝術涂料中添加有機硅鐵紅顏料時，藝術涂料的反射性能較好。這是因為，有機硅鐵紅顏料有著較好的分子對稱性以及穩定性，且有機顏料中的分子偶極矩為零[16-17]。因此，與普通顏料和無機顏料相比，有機顏料在近紅外區域不會出現新的吸收峰。所以，相對于普通顏料和無機顏料來說，在藝術涂料中添加有機顏料對其反射性能的影響較小。綜上，在制備紅色系藝術涂料時，應以有機硅鐵紅顏料作為調色材料。但是，藝術涂料的反射性能與顏料的添加量呈負相關。因此，應根據藝術涂料的實際應用需要，對顏料添加量進行適當調整。

2.4應用分析

基于以上試驗結果，試驗在表1基礎上，添加2%有機硅鐵紅顏料、12%空心玻璃微珠和6%紅外反射型鈦白粉550，制備一種藝術涂料。根據HG/T 4343—2012相關測試表明，試驗制備的美術用環保型藝術涂料表干時間不超過4 h，各種穩定性良好，且在涂抹外觀、48 h耐堿性和96 h耐水性等方面均較好，各項指標能夠達到隔熱多彩涂料的標準[18-19]。使用這種藝術涂料進行建筑外墻裝飾，不僅可以使建筑美學藝術性提高，建筑觀賞性更強，還可以起到隔熱保溫作用，減小室內的溫度變化程度，降低建筑能耗。

3結語

（1）當藝術涂料中鈦白粉的添加量增多時，材料的太陽光反射比（TSR）以及近紅外反射比（NIR）均呈現先大幅度提高然后提高幅度逐漸減小的現象。添加6%鈦白粉比較適宜，此時藝術涂料的TSR以及NIR分別是81.9%、85.0%，增幅分別是55.7%、59.8%；

（2）在空心玻璃微珠添加量0%～12%范圍內，藝術涂料的反射性能基本不會發生變化；

（3）顏料的添加會降低藝術涂料的反射性能，且這種負面效果隨顏料添加量的增多而增大。同時，在保持藝術涂料反射性能方面按大小順序為有機顏料、無機顏料、普通顏料；

（4）試驗所制備的藝術涂料各項指標符合隔熱多彩涂料標準，綠色環保，在建筑外墻等美術工藝中值得推廣。

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（責任編輯：蘇幔，平海）