近红外反射颜料的最佳着色策略

# 近红外反射颜料的最佳着色策略 ## 1. 太阳地球辐射与近红外反射的重要性 太阳地球辐射可分为三个主要部分：紫外线（UV，250 - 380 nm）、可见光（380 - 780 nm）和近红外辐射（NIR，780 - 2500 nm）。实际的能量分布会因位置、时间和天气条件而有所不同，但大致上，紫外线占太阳总辐射能量的5%，可见光占45%，近红外辐射占50%。 所有这三部分电磁光谱都能与颜料相互作用。紫外线和可见光决定了颜料的户外耐久性和色彩表现，而近红外辐射则与颜料的热行为密切相关，进而影响到生态方面以及着色材料的热机械耐久性。 当物体吸收近红外辐射时，可能会出现所谓的热积累效应，即物体在阳光照射下温度升高。这种温度升高的程度与物体的颜色及其颜料密切相关。物体温度的大幅升高可能导致更多的热量传递到整个物体内部，可能需要更多的冷却措施，还会因结构中的热应力增加而导致材料疲劳加剧。 ## 2. 颜料与电磁辐射的相互作用机制 颜料主要通过三种机制与电磁辐射相互作用：吸收、反射和透射。这三种效应可能同时发生，也可能相互独立，这使得我们能够设计出具有生动色彩印象，同时又具有强近红外反射率或近红外透明度的视觉活性颜料。 理解近红外活性颜料的工作原理是制定智能配方策略的关键，有助于实现着色物体及其相关结构的最小温度升高。 ## 3. 方法和术语 ### 3.1 颜色测量 使用CIE Lab进行颜色测量。 ### 3.2 总太阳反射率指数（TSR） 总太阳反射率指数（TSR）是描述从表面直接反射的入射太阳辐射量的常用指标。TSR值是反射辐射的积分量与总照射太阳辐射的比值，以百分比表示。值越高，表面反射入射辐射的能力越强。由于TSR值是一个积分关键指标，它涵盖了紫外线、可见光和近红外辐射。因此，在比较颜料时，必须仅比较具有相似色彩特性的颜料，因为可见光几乎占总太阳能量的45%。 ### 3.3 基质的影响 不同的聚合物基质可能会对着色物体的近红外反射率产生特征性影响。例如，二氧化钛颜料在两种不同的聚合物基质中表现出不同的性能，在聚酯基质中的TSR值为85%，而在硬质PVC中为79%，这是由于PVC在近红外区域的特定吸收特性所致。 ### 3.4 发射率 物体的发射率对其温度升高有影响，发射率越高，温度升高越低。但由于发射率强烈依赖于所用材料的类型，颜料对着色物体发射率的影响不太明显，因此在本文中暂不考虑发射率，但在希望实现最小热积累时需要考虑。 ## 4. 颜料介绍 本文涉及的颜料主要包括特定的复合无机彩色颜料和具有高TSR值的钒酸铋，以及具有强近红外透明度的有机颜料。 复合无机彩色颜料（CICPs）属于颜色索引类别P.Y.53、P.Br.24、P.Bk.30、P.Br.35或P.G.17等。它们的TSR值因色彩表现而异，例如P.Bk.30的TSR值约为10%，P.Y.53的TSR值可达65%，颜料黄184的TSR值为70%。 | 颜料类型 | TSR值（%） | | ---- | ---- | | P.Bk.30 | 10 | | P.Y.53 | 65 | | 颜料黄184 | 70 | ## 5. 智能配方策略 - 彩色配方 ### 5.1 配方目标 在彩色配方中，配方师有广泛的颜料选择，包括有机和无机颜料。总体目标是在近红外区域实现最大程度的不透明度，类似于在可见光部分通过引入高近红外反射率来实现。 ### 5.2 有利的配方策略 有利的策略是将赋予配方光泽的近红外透明有机颜料与有效的近红外反射无机颜料相结合。例如，二氧化钛或浅镍钛酸盐通常具有65 - 75%的典型TSR值，能诱导最大的近红外反射率。任何需要高近红外反射率的着色塑料化合物配方都应包含二氧化钛或合适的复合无机彩色颜料。 但二氧化钛并不总是最佳选择，替代它的动力包括改善色彩性能（如色度增强）、提高户外耐久性或防止翘曲。 ### 5.3 复合无机彩色颜料替代二氧化钛 传统配方通常基于二氧化钛，在近红外反射配方中用复合无机彩色颜料替代二氧化钛的技术前提是保持TSR值不变。可以选择合适的复合无机彩色颜料，如镍钛酸盐（P.Y.53）或铬钛酸盐（P.Br.35）。 分析反射光谱发现，在近红外区域，二氧化钛、铬钛酸盐和P.R. 254与铬钛酸盐的混合物之间的差异不显著，有机颜料对近红外反射的影响也较小。