一、可见光和近红外线都是电磁波，能产生反射、吸收、透射作用

地球上接收到的太阳光线光谱按波长不同可以分为三大部分， 即波长为295~380nm的紫外区（UV）、波长为380~780nm的可见光区（VIS）和波长为780~2500nm的近红外区（NIR），其分别占地球接收到的太阳总能量的4%、43%和53%。其中近红外光是阳光照射到物体上致热的主要来源。近红外光（NIR）是介于可见光（VIS）和中红外光（MIR）之间的电磁波，按ASTM定义是指波长在780～2526nm范围内的电磁波。电磁波的划分见下表：

从上表可以看出，可见光和近红外线都是不同频率（波长）的电磁波，因此近红外线也具有可见光的一般性质，如遵从反射和折射定律，存在着干涉、衍射和偏振及介质中的吸收和散射现象。

红外线和可见光一样具有直线传播特性，并服从可见光的反射、吸收、透射规律，如下图。

众所周知，红外线照射到物体表面都会产生热量，即对红外线都有吸收。对于反射和透射，我们举一个涂料图层的实例来展示。

将永固红、永固黄和酞青蓝混合黑加入涂料中制成黑色涂料，然后在不同材质的基材上制得干膜厚度为150μm的涂层后采用Agilent cary-5000的UV-VIS-NIR分光光度计测得的反射曲线见下图：       

按照JG/T 235-2014标准计算得到的反射比见下表：

表中，括号里的反射数据为基材的反射比，从上图和上表可知，不同基材上的图层的可见光区的曲线是重叠状态，L*值几乎无差异，说明图层的颜色一致，并在可见光区达到了全遮盖。但在近红外区的反射曲线和反射比差异巨大，基材反射比高的测得的反射比高，基材反射比低的测得的反射比低，这说明涂层在近红外区有明显的透射。

二、如何制得高反射比的反射隔热涂料

反射隔热涂料主要指在特定的颜色（明度）条件下对太阳光具有较高的太阳光反射比（TSR）和近红外反射比（NIR）的一类功能型涂料。其中可见光区的反射由于其颜色是已经被指定，即其可见光反射比是一定的，因此，反射隔热涂料的反射隔热功能主要取决于涂料的近红外反射比。要达到高的反射比，则需要尽可能降低涂层的吸收比和透射比。

1、高折射率近红外反射功能材料是获得高近红外反射比涂层的关键

涂层在可见光区域的遮盖取决于涂层对可见光的反射（散射）和吸收，即入射光在涂层的表面的反射和吸收、涂层内部的折射率差异对光线多次折射形成的散射（如右图的玻璃片产生遮盖）和内部的吸收综合作用达到不透射从而产生遮盖。对于白色或浅色涂层，折射是主要作用。

同样，对于粒子能量小于可见光的近红外线，要使涂层不产生透射获得高反射比，也需要依赖于涂层内颗粒形成多次折射作用将近红外线散射出涂层表面。折射率高的近红外反射功能材料能将近红外线快速散射出涂层表面，不仅能达到不透射的目的，而且由于近红外线在涂层中的折射路径短减少了被吸收的几率从而达到低的吸收比。示意图如下：

从原理上来看，涂层中的颗粒的折射率与连接料（成膜树脂）的折射率差异越大，越容易获得高反射比的反射隔热涂层，因此选用高折射率的功能材料至关重要。同时，高折射率功能材料还需满足一定的粒径要求防止产生近红外电磁波的衍射并且保证产生折射作用的颗粒尽可能多。

如果红外反射功能材料的折射率不能比涂料常用连接料的折射率明显高，则其反射作用是达不到所宣称的效果，仅仅是利用了标准中规定的采用铝板（近红外反射比高达0.9）作为基材的漏洞。

2、反射隔热涂料中功能的要求

 ★ 高折射率：高折射率能使近红外线在最短的折射路径将近红外线散射出涂层表面；减少了涂层吸收的几率，尽可能不增加吸收比比较薄的涂层即可达到红外线不透射达到高反射比

★  材料本身低吸收比；

★  高发射率——减少热累积。

★ 近红外反射二氧化钛满足所有这些要求！

江苏泛华化学研发、山东东佳集团生产的IR-1000近红外反射二氧化钛材料具有非常高的折射率和满足反射近红外线所需的粒径分布，并且对近红外线的吸收比极低，是一种优异的近红外反射功能材料。

3、IR-1000近红外反射二氧化钛的性能

★ 二氧化钛晶体是能低成本工业化生产的最高折射率物质，IR-1000在生产时尽可能保证达到高的折射率。

涂料中，颜填料的折射率与连接料的折射率接近，在可见光区大部分光线透射，几乎不产生遮盖作用。同样，在近红外区也将以透射为主，几乎无反射作用。涂料常用的颜填料和连接料的折射率见下表：

IR-1000是一种金红石型二氧化钛材料，并且在生产时保证几乎100%的金红石晶型含量、尽可能少的晶体缺陷和极少的粒子烧结，能达到接近于理论数值的高折射率。

★ IR-1000具有合理的粒径分布，其对近红外线各个波长段的反射符合阳光中近红外线的能量分布。

★ 二氧化钛在紫外区具有强烈的吸收作用，并且IR-1000表面包覆致密的二氧化硅，能使反射隔热涂层具有优异的耐候性。

★ IR-1000仅含有极少的小颗粒，消色力低于同类产品，不可以当钛白粉使用，其近红外反射功能能广泛适用于各种不同明度的着色涂料。

★ 优异的分散性，可以按照常规的颜填料进行投料和分散。

★ 低杂质含量保证了极低的近红外吸收。

★ IR-1000是一种无机粉体材料，具有高发射率。

从近红外反射作用的原理、使用范围、耐候性等各方面来看，近红外反射二氧化钛是一种优异的近红外反射功能材料。

4、反射隔热涂料配方中原材料的选择

反射隔热涂料的效果是包含了紫外、可见和近红外区的综合表现，由于一般材料在紫外去都是强吸收，要达到高的反射功能，需针对可见光区和近红外区的反射来选用原料。

★ 可见光区：颜色为指定，即反射曲线要一致。反射隔热涂料反射效果的评价是针对同样的颜色而言。白色涂料是效果最好的反射隔热涂料。对于着色涂料中，绝大多数颜料对近红外的吸收都比较强，选用高着色力、高遮盖力的颜料来调色，用少的加量来达到减少吸收的效果。

★ 近红外区：尽可能达到高反射、低吸收。选用尽可能低吸收的树脂、助剂、颜填料，并使用具有高折射率的反射功能颜料、填料如冷颜料、钛黄、近红外反射二氧化钛等

特别对于彩色反射隔热涂料中，具体可按照以下原则来选择原料：

★ 配方中绝对不能用炭黑和铁黑进行着色。

★ 选用低吸收、粒径处于近红外波长区半波长的冷颜料（需注意可见光区的着色力和遮盖力较低）。

★ 选用尽可能低消色力的反射功能材料（填料），减少彩色颜料的用量。

★ 选用高折射率、粒径合适的反射功能材料

★ 类似于白色涂料在可见光区的遮盖作用（对可见光的散射形成遮盖），近红外线的反射依赖于反射功能材料与树脂（连接料）的折射率差异来形成散射，选用折射率尽可能低的连接料（成膜物质）。

三、反射隔热涂料中近红外反射效果评估

由于目前现有的反射隔热涂料标准如GB/T 25261-2010《建筑用反射隔热涂料》、HG/T 4341-2012《金属表面用热反射涂料》、JG/T 235-2014《建筑反射隔热涂料》等都是采用近红外高反射基材（铝板）作为制样基材进行检测，由于近红外线人眼不可见，往往会想当然的认为涂层可见光遮盖了就近红外区也没有透射，导致检测时获得结果包含了大部分的铝板反射，这对反射隔热涂料配方研发中造成严重的困扰，尤其是加入高折射率的反射功能材料时表现更为明显。前面的曲线图已经非常明显的反映了这一点。下图中，在低折射率的有机颜料体系中加入IR-1000后，从数据上看，随着IR-1000加量的变化，都几乎没有近红外反射效果。

但实际上的效果并不是如此，在相同的测试条件下，加入5%IR-1000的图层比未加IR-1000的涂层背面温度低了8℃。其原因在于，从近红外反射的原理来看，有机颜料的折射率低，红外线有大量的透射，铝板基材的近红外反射效果表现特别明显，制膜在低反射基材上检测的结果能证明这点。见下图：

在使用酞菁绿的绿色涂料中也是有巨大的差异，见下图：

同样其他颜色的检测结果如下：

上列图中，随着高折射率反射功能材料的加入，在低反射基材上制膜的涂层，近红外反射的的上升非常明显，但随着加量的增加，近红外反射比（NIR）上升到一定的程度基本呈一条直线，这时，再增加IR-1000用量已经不能提高反射比，要进一步提高则需要对树脂、助剂和其他颜填料进行优选，选择低折射率低红外吸收树脂、低吸收的颜填料等来优化配方。如采用高反射基材如铝板制膜检测，会出现在较低近红外反射比的外墙、屋顶等实际施工效果达不到检测结果的情况。