感温变色材料的变色机理为环酯化合物在不同温度下的分子结构重排，不同的分子结构对应不同的光谱吸收带，从而引起颜色的变化。制备感温变色材料的方法为将成色剂、显色剂与溶剂以一定比例混合，但直接制备的感温变色材料对环境杂质比较敏感，若跟建筑涂料直接混合易导致变色性能失效，因此，有必要对材料进行微囊化封装再与建筑涂料的其他成分混合，封装的工艺有界面聚合法和原位聚合法。封装后的材料具有较好的稳定性，可在其他涂料组分中进行掺加。Karlessi等测试了几种不同感温变色涂料的光学性质，研究表明，感温变色涂料在浅色态可以保持比一般涂料更高的反射率，而在深色态，涂料反射率可以降低0.03~0.22。感温变色材料可以改善涂料的热性能。Hu等将感温变色粉末与沥青混合以制备感温变色涂料，并将其热学性质与纯沥青比较，结果表明感温变色涂料比纯沥青具有更高的比热容，更低的热导率和热扩散率。

一些学者通过仿真研究了感温变色涂料在不同城市的节能性能。Zheng等对变色温度为25℃的感温变色涂料节能效果进行了模拟，表明对于夏热冬冷、四季分明的地区，感温变色涂料有显著的节能效果。Park等通过Energyplus分析了将可变反射率涂料应用于美国芝加哥市的办公建筑外表面的节能效果。研究发现，在建筑屋顶和外墙使用可变反射率涂料时，办公楼的年供热和制冷能耗可降低约11%。

老化降解是目前影响感温变色涂料广泛应用的潜在问题。在长期阳光辐射下，材料中的部分有机成分可能被破坏，对材料的可逆感温变色性能造成影响。Karlessi等通过使用不同滤光片对可能影响感温变色涂料的太阳光波段进行了探究，结果表明可以阻隔600 nm以下波段的红色滤光片有最佳的防降解效果，说明对感温变色材料造成影响的波段集中在600 nm以下。目前对引起老化降解的机理尚无定论，但多数学者认为紫外光通过光化学反应产生的活性氧使得有机物氧化是最可能的原因。如何提高感温变色涂料在太阳辐射下的稳定性是未来重要的研究方向。

现有研究虽然对感温变色涂料进行了制备和基本性质的测试，但是对于影响其光谱反射性能的因素研究还不够。由于光谱反射率对于太阳热辐射的吸收起主要影响，因而研究光谱反射率的影响因素对于感温变色涂料配方的设计有重要意义。颜填料作为涂料的重要成分，其用量和性状对涂料的反射性能起决定性作用。在感温变色涂料中，感温变色粉和颜填料共同影响材料的光谱反射性能。TiO2凭借其良好的不透明性和白度等优越性能在涂料工业中得到了广泛应用。相比于锐钛矿型TiO2，金红石型TiO2具有更好的稳定性和遮盖力，因此本研究选取金红石型TiO2为主要颜填料，探究其使用比例及粒径对于涂料光谱反射性能的影响。

本文制备了变色温度为31℃的红色感温变色涂料，并探究了其变色前后的光谱反射率以及太阳光反射比的变化规律。然后针对TiO2粒径对于感温变色涂料光谱反射率的影响进行了探究，为感温变色涂料配方的设计提供了指导。

结 论

本研究首先制备了12种具有不同质量百分含量TCM和TiO2，变色温度为31℃的感温变色涂料，测量和计算了各组样品在变色前后的光谱反射曲线和太阳光反射比，然后制备了5种不同TiO2粒径的样品，探究了TiO2粒径大小对于感温变色涂料反射率的影响。结果表明：

(1)样品在深色态和浅色态下的光谱反射率均随着TiO2含量的增加而提高，浅色态下样品反射率高于深色态下样品反射率的波段主要集中在可见光区域。太阳光反射比数据表明，TiO2的最佳质量分数应在5%~10%之间，此时浅色态的反射比比深色态高0.2以上，而TiO2含量确定时，TCM含量对反射比无明显影响。因此感温变色涂料可以实现在低温时多吸收太阳辐射，高温下多反射太阳辐射。

(2)TiO2粒径在太阳光谱的不同波段对涂料的反射率产生不同的影响，在紫外和除红光外的可见光波段，感温变色涂料的反射率基本上随TiO2粒径的增大而减小；在红光和近红外波段，感温变色涂料反射率基本上随TiO2粒径的增大而增大。不同波段太阳光反射比的数据表明，感温变色涂料主要是通过深色态和浅色态在可见光波段反射比的变化来调控对太阳热辐射的吸收能力。

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感温变色建筑涂料的制备

表1　各实验组TiO2和TCM质量分数

2

实验结果分析

表2　各组感温变色涂料样品变色前后比较

2.1 光谱反射曲线分析

图1 各组样品光谱反射曲线

(a) 深色态5%TCM；(b) 浅色态5%TCM；(c) 深色态10%TCM；(d) 浅色态10%TCM；(e) 深色态15%TCM；(f) 浅色态15%TCM

图2 感温变色涂料变色前后的光谱反射曲线

(a) 5%TiO2-5%TCM；(b) 10%TiO2-5%TCM

2.2 太阳反射比分析

表3　各样品变色前后太阳反射比

2.3 TiO2的粒径对于感温变色涂料光谱

反射率的影响

图3 不同粒径TiO2感温变色涂料的光谱反射曲线

(a) 深色态；(b) 浅色态

表4　各样品不同波段太阳光反射比返回搜狐，查看更多