專利名稱：能量有效的建筑表面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在諸如瀝青板屋頂(asphalt shingle roof)、屋瓦及其它外表面之類的外表面上使用的用于提高日光反射率的反射涂層，以及用于延長這種涂層的有效使用期的方法。
背景技術(shù)：
為了節(jié)約能源，越來越期望將屋頂和其它外表面上的太陽能反射掉。被吸收的太陽能增加建筑物的制冷能源費。另外，在人口稠密區(qū)如大城市區(qū)，太陽能的吸收會使環(huán)境氣溫升高。太陽能的主要吸收體為建筑屋頂。大城市區(qū)中的環(huán)境氣溫比周邊的農(nóng)村地區(qū)高10或更多是非常常見的。這種現(xiàn)象通常稱為城市熱島效應(yīng)。將太陽能反射而不吸收它，可降低冷卻費并由此降低建筑物中的能源費。另外，減少太陽能吸收可以通過幫助降低環(huán)境氣溫來提高人口稠密區(qū)的生活質(zhì)量。
可以通過使用金屬屋頂材料或帶金屬涂層的屋頂材料來實現(xiàn)太陽能反射。然而，因為金屬屋頂材料或帶金屬涂層的屋頂材料的熱發(fā)射率低，所以這種材料由于限制輻射熱流而不能產(chǎn)生顯著的能源節(jié)約，也不能降低能源費。
還可以通過使用白色或淺色的屋頂來實現(xiàn)太陽能反射。然而，這種斜式屋頂由于美學(xué)方面的原因而沒有被市場完全接受。反而，深色屋頂受到人們的青睞。但是，深色屋頂由于其自身的性質(zhì)而對太陽能的吸收程度更高，反射更少。
非平坦的或斜式的屋頂通常使用的板材被涂有附著于該板材外表面的彩色顆粒。這種板材通常由在瀝青中嵌入顆粒的瀝青基底制成。使用屋頂材料顆粒既是出于美學(xué)原因，又是用于保護(hù)板材下面的基底。這種顆粒特有的性質(zhì)是在板材上產(chǎn)生顯著的表面粗糙度。由此，太陽輻射的反射率會降低，因為輻射以多次散射的方式被散射，這導(dǎo)致與置于光滑表面上的相同涂層相比吸收增加。
雖然當(dāng)建筑材料被安裝時，它們可能具有足夠高的太陽能反射率，但是各種環(huán)境因素往往會使其反射性能變差。在許多地區(qū)，特別是在那些屋頂?shù)谋┞侗砻娉３３睗竦那闆r下，微生物(如藻類、地衣和苔蘚)在屋頂上生長是屋頂?shù)某Ｒ妴栴}。在其它地區(qū)，空氣傳播物(如煤煙)的沉積是降低太陽能反射率的主要原因。這些問題是作為妨礙外觀的問題被本領(lǐng)域解決的。
美學(xué)上希望用較深色的建筑表面，而通過白色表面或者接近白色表面的較高的太陽能阻擋性可以獲得能量效率，這二者之間的沖突要求一個折衷的辦法，即傾向于較淺的顏色。雖然較淺的顏色可以滿足初始的陽光反射率的標(biāo)準(zhǔn)(如貼上“Energy Star”標(biāo)志所要求的那些反射率標(biāo)準(zhǔn))，但是隨著污垢和微生物的累積，較淺的顏色往往會隨著時間的流逝而喪失其反射率。在數(shù)年內(nèi)保持有用的或者所需的水平的陽光反射率通常意味著初始的反射率必須顯著高于最終的目標(biāo)反射率，而這又需要甚至更淺的、更不理想的初始顏色。
在“Energy Star”標(biāo)志的標(biāo)準(zhǔn)中，這種反射率的下降已經(jīng)通過納入暴露老化的技術(shù)要求而得以確定。急斜式屋頂?shù)某跏缄柟夥瓷渎时仨毚笥?5％，并且在3年后必須保持高于15％。希望保持甚至更高的反射率。在高度污染和/或有利于藻類生長的潮濕條件的地區(qū)中，可能有必要選擇具有甚至更高的初始反射率的材料，在有些情況下，需要初始反射率高達(dá)30％，為的是在3年后保持反射率為15％。這意味著仍然需要較淺的顏色。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種非白色建筑表面，該非白色建筑表面包括基底、第一反射涂層和第二反射涂層，所述第一反射涂層在基底的外表面的至少一部分上，使得具有該第一反射涂層的所述基底表現(xiàn)出的最小直射日光反射率值為至少約25％；所述第二反射涂層在所述第一反射涂層的至少一部分上，其中，所述第一反射涂層和所述第二反射涂層的組合使得該基底在770nm到2500nm的波長范圍內(nèi)的基本所有點上的反射率都至少為約20％。
在一些實施方案中，將生物生長抑制劑或自清潔組分納入建筑表面反射涂層的一層或兩層中。在其它實施方案中，將生物生長抑制劑或自清潔組分設(shè)在建筑表面上，并且與非白色建筑表面相鄰，所述的非白色建筑表面包括基底、第一反射涂層和第二反射涂層，所述第一反射涂層在基底的外表面的至少一部分上，使得具有該第一反射涂層的所述基底表現(xiàn)出的最小直射日光反射率值為至少約25％；所述第二反射涂層在所述第一反射涂層的至少一部分上，其中，所述第一反射涂層和所述第二反射涂層的組合使得該基底在770nm到2500nm的波長范圍內(nèi)的基本所有點上的反射率都至少為約20％。
在另一個方面中，本發(fā)明提供一種非白色建筑表面，該非白色建筑表面包括基底、第一反射涂層和第二反射涂層，所述第一反射涂層在基底的外表面的至少一部分上，使得具有該第一反射涂層的所述基底表現(xiàn)出的最小直射日光反射率值為至少約25％；所述第二反射涂層在所述第一反射涂層的至少一部分上，其中，所述第一反射涂層和所述第二反射涂層的組合使得該基底在770nm到2500nm(包括770nm和2500nm端值在內(nèi))的范圍內(nèi)測得的總反射率值至少為約7,000。
在一些實施方案中，將生物生長抑制劑或自清潔組分納入建筑表面反射涂層的一層或兩層中。在其它實施方案中，將生物生長抑制劑或自清潔組分設(shè)在建筑表面上，并且與非白色建筑表面相鄰，所述的非白色建筑表面包括基底、第一反射涂層和第二反射涂層，所述第一反射涂層在基底的外表面的至少一部分上，使得具有該第一反射涂層的所述基底表現(xiàn)出的最小直射日光反射率值為至少約25％；所述第二反射涂層在所述第一反射涂層的至少一部分上，其中，所述第一反射涂層和所述第二反射涂層的組合使得該基底在770nm到2500nm(包括770nm和2500nm端值在內(nèi))的范圍內(nèi)測得的總反射率值至少為約7,000。
在另一個方面中，本發(fā)明提供一種非白色建筑表面，該非白色建筑表面包括無機(jī)的非金屬基底、第一反射涂層和第二反射涂層，所述第一反射涂層在所述基底的外表面的至少一部分上，該帶涂層的基底表現(xiàn)出的最小直射日光反射率值為至少約25％；所述第二反射涂層在所述第一反射涂層的至少一部分上，其中，所述第一反射涂層和所述第二反射涂層的組合使得該基底具有以下性質(zhì)中的至少一種(i)在770nm到2500nm的波長范圍內(nèi)的基本所有點上的反射率至少為約20％，和(ii)在770nm到2500nm(包括770nm和2500nm端值在內(nèi))的范圍內(nèi)測得的總反射率值至少為7000。
上述

發(fā)明內(nèi)容
并非要描述本公開的每個示例性實施方案或者每一種實施方式。以下描述將會對利用了本文所公開的原理的某些實施方案進(jìn)行更具體地描述和舉例說明。
發(fā)明詳述本發(fā)明的一個優(yōu)點是提供美學(xué)特征得到增強(qiáng)、和/或使用期限被延長、同時保持其太陽能反射性質(zhì)的建筑基底。建筑基底的例子包括屋頂板和屋瓦。由以下的發(fā)明詳細(xì)描述和所附的權(quán)利要求可以使本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點變得顯而易見。
本發(fā)明包括一種非白色建筑表面，該非白色建筑表面包括帶涂層的基底，例如那些相對于常規(guī)的屋頂材料顆粒而言提高了日光反射率的、用于屋頂材料中的顆粒。通過首先給基底顆粒提供反射性的底漆或底涂層，然后在底涂層上用包含非白色顏料的第二涂料提供第二涂層，來獲得提高的反射率。在一些實施方案中，顏料可能提高了在日光光譜的近紅外線(NIR)(700-2500nm)部分上的反射率。
在一些實施方案中，基底為無機(jī)的、非金屬的。雖然在整個說明書中提及的是屋頂材料顆粒，但是可將底涂層和外涂層布置在其它建筑物表面上，如玻璃、瓦(如粘土瓦或混凝土瓦)、屋頂物質(zhì)、混凝土或巖石的表面上，所述材料可以是(但不必是)顆粒狀的。在一些實施方案中，建筑表面涂層在涂層內(nèi)或涂層上具有生物生長抑制劑或自清潔組分。在一些實施方案中，生物生長抑制劑或自清潔組分與建筑表面涂層相鄰，而不是作為建筑表面涂層自身的組成部分。在其它實施方案中，生物生長抑制劑或自清潔組分既存在于涂層中又與帶涂層的建筑表面相鄰。
制備這種建筑表面的方法在2003年10月7日提交的美國專利申請No.10/680,693中有所描述。盡管這些涂層是更有效的太陽能反射體，使得它們在與之前的涂層具有相等的反射率的條件下，可以被配制成更深的顏色，但是它們的性能仍然因受到污染或者因受到微生物生長的玷污而變差。初始反射率可以通過在建筑表面上納入生物生長抑制劑或自清潔組分中的至少一種而得以保持更長的時期。
在一些實施方案中，生物生長抑制劑可以包括金屬化合物，特別是氧化物(例如金屬氧化物)，其選自TiO2、ZnO、WO3、SnO2、CaTiO3、Fe2O3、MoO3、Nb2O5、TiXZr(1-x)O2、SiC、SrTiO3、CdS、GaP、InP、GaAs、BaTiO3、KNbO3、Ta2O5、Bi2O3、NiO、Cu2O、CuO、SiO2、MoS2、InPb、RuO2、CeO2、Ti(OH)4、或其組合。其它可用作本發(fā)明的生物生長抑制劑的銅化合物包括溴化銅、硬脂酸銅、硫酸銅、硫化銅、氰化亞銅、硫氰酸亞銅、錫酸亞銅、鎢酸銅、碘化亞銅汞(cuprous mercuric iodide)和硅酸亞銅、或其混合物。術(shù)語“生物生長抑制劑”包括殺死微生物的那些材料以及顯著阻礙微生物生長的那些材料。在其它實施方案中，生物生長抑制劑可以包括有機(jī)組分，例如在PCT公開WO 2002/10244中所述的那些。在一些實施方案中，可以將殺蟲劑或者生物生長抑制劑結(jié)合到建筑表面涂層的一層或兩層中。在其它實施方案中，其可作為單獨的涂層施用。在一些實施方案中，其可被周期性地進(jìn)行補(bǔ)充或者替換。
在其它實施方案中，殺蟲劑或者生物生長抑制劑可以作為單獨的成分而存在于建筑表面上。例如，購自位于美國明尼蘇達(dá)州圣保羅市3M公司的含銅屋頂材料顆粒(例如#7000、#7022、#7050或者#7070)，可以與美國專利申請No.10/680,693中的非白色反射性顆?；旌?，從而提供這樣的屋頂板其初始日光反射率與僅具有非白色顆粒的屋頂板的初始反射率相接近，但是具有延長的使用期限，在該期限期間，反射率保持大于初始反射率的任意選擇的分?jǐn)?shù)。生物生長抑制劑通常以有效量使用，從而在延長的時間段內(nèi)提供生物生長抑制作用。這樣的時間段的例子包括2到5年、3到7年、4到10年、5到15年、10年以上、15年以上、以及20年以上。
或者，可以將反射性顆粒重新配制成具有更深的初始顏色，并且在任意時間間隔(在該時間間隔期間產(chǎn)生污染或者微生物玷污)后將保持所需的反射程度。
在一些實施方案中，自清潔組分可以包括光催化劑。當(dāng)把光催化劑活化或者暴露于日光下時，光催化劑產(chǎn)生氧化和還原部位。這些部位能夠防止或者抑制藻類在基底上生長，或者能夠產(chǎn)生抑制藻類在基底上生長的活性組分。在其它實施方案中，這些部位產(chǎn)生抑制生物在基底上生長的活性組分。本領(lǐng)域技術(shù)人員通常所知的光催化顆粒適用于本發(fā)明。適當(dāng)?shù)墓獯呋瘎┌?但是不限于)TiO2、ZnO、WO3、SnO2、CaTiO3、Fe2O3、MoO3、Nb2O5、TiXZr(1-x)O2、SiC、SrTiO3、CdS、GaP、InP、GaAs、BaTiO3、KNbO3、Ta2O5、Bi2O3、NiO、Cu2O、SiO2、MoS2、InPb、RuO2、CeO2、Ti(OH)4、或其組合。在一些實施方案中，過渡金屬氧化物光催化劑為納米晶體銳鈦型TiO2。光催化成分還能產(chǎn)生活性組分，該活性組分與有機(jī)污染物進(jìn)行反應(yīng)并將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變成揮發(fā)性的或容易洗去的材料。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相對于具有單一涂層并具有類似可見顏色的顆粒來說，由涂有反射性底漆或底涂層和含非白色顏料的第二涂層或外涂層的基礦(base mineral)構(gòu)成的屋頂材料顆粒提高了日光的反射率。在一些實施方案中，在所感興趣的波長處所得到的日光反射率超過至少20％。至少為25％的日光反射率值滿足由美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)提出的題為“Energy Star”項目下的急斜式屋頂日光反射率的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)。短語“日光反射率”和“直射日光反射率”在本申請中可互換地使用。EPA允許制造商對于那些符合某些能量規(guī)格的屋頂材料產(chǎn)品使用標(biāo)志“Energy Star”。
在一些實施方案中，本發(fā)明使用與以前的著色劑相比提高了在日光光譜的NIR部分處的反射率的有色顏料。NIR占太陽入射能的約50％-60％。提高在日光光譜NIR部分處的反射率，在能量效率方面會產(chǎn)生顯著的效益，從而這種顏料可用于本發(fā)明的一些實施方案中。
直射日光反射率是指根據(jù)ASTM方法G159中所定義的縱坐標(biāo)方法(ordinate procedure)的變型計算出的在300到2500nm的波長范圍內(nèi)、在垂直于輻射軸的表面上被反射的入射太陽輻射占被接收的入射太陽輻射的比值。使用從位于美國加利福尼亞州伯克利市的Lawrence Berkley實驗室承索可得到的電子數(shù)據(jù)表，在感興趣的范圍內(nèi)以5nm為間隔計算內(nèi)插的輻照度數(shù)據(jù)，所述電子數(shù)據(jù)表組合了根據(jù)ASTM方法G159獲得的在大氣質(zhì)量1.5的法向直射和半球向日射輻的輻照度(direct and hemispherical Solar Irradiance Air Mass 1.5)數(shù)據(jù)。使用5nm間隔數(shù)據(jù)通過將單個的輻照度除以300到2500nm的總輻照度來得到加權(quán)因子。然后，將加權(quán)因子乘以按5nm間隔得到的實驗反射率數(shù)據(jù)，從而得到在這些波長處的直射日光反射率。
總反射率值是指在770nm到2500nm范圍內(nèi)(包括770nm和2500nm端值在內(nèi))以5nm間隔測得的各離散的反射率百分比數(shù)值的總和。
CIELAB為由CIE在1976年所采用的兩個系統(tǒng)中的第二個，這兩個系統(tǒng)作為在數(shù)值上更好地表示均勻色空間的模型。色彩對立(color opposition)與以下發(fā)現(xiàn)相關(guān)聯(lián)，所述發(fā)現(xiàn)為在視覺神經(jīng)和腦之間的某處，視網(wǎng)膜的色彩刺激被轉(zhuǎn)換為明和暗、紅色和綠色、藍(lán)色和黃色之間的區(qū)別。CIELAB用三個軸表示這些數(shù)值L*、a*和b*。中心縱軸表示亮度(用L*表示)，其數(shù)值為0(黑色)到100(白色)。色軸是基于顏色不能同時為紅色和綠色或不能同時為藍(lán)色和黃色的事實，因為這些顏色彼此對立。在每個軸上，數(shù)值從正到負(fù)。在a-a′軸上，正值表示紅色的量，而負(fù)值表示綠色的量。在b-b′軸上，黃色為正，藍(lán)色為負(fù)。在這兩個軸上，零都為中性灰色。
對于本申請的應(yīng)用，具有落入以下方程式所定義的倒圓錐體內(nèi)的顏色的制品為白色，而具有超出該圓錐體范圍的顏色的制品為非白色-(L*)+[((L0*)+(y(a*)^2+z(b*)^2)^0.5)/x]≤0
其中L0*＝67，x＝1.05，y＝1.0，z＝1.0，并且L*、a*和b*的值根據(jù)CIE L*a*b*刻度定義。
對應(yīng)于白色的色空間值靠近縱軸L*落入該圓錐體中，其沒有強(qiáng)烈的顏色，如其在a*和b*軸的任一個軸或兩者上的小位移所示，并且具有比較高的亮度，如由大于L0*的L*所示。L0*為圓錐體的頂點。對于本申請的應(yīng)用，“較暗”是指較暗顏色的制品的L*值相比于進(jìn)行比較的制品的L*值，前者L*值至少低約1單位，優(yōu)選為低約2單位。
可以使用本發(fā)明的顆粒生產(chǎn)含瀝青的板材(如屋頂板)。屋頂板通常包含諸如氈、玻璃纖維等之類的材料。應(yīng)用飽和劑或浸漬劑(如瀝青)對于完全滲透氈或玻璃纖維基材是必不可少的。通常，在已浸透的基材上施加防水或抗水的涂料如瀝青，然后在該防水/抗水涂料上面施加礦物顆粒面層，從而得到常規(guī)的屋頂板。
可以使用各種其它的層，例如耐候性或抗沖擊性的膜，反射膜等。
提供以下實施例，以進(jìn)一步說明本發(fā)明的各個方面。這些實施例并不意味著以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
實施例試驗方法1使用配備有PELA-1000積分球附件的Perkin Elmer Lambda 900分光光度計進(jìn)行反射率測量。這個球的直徑為150mm(6英寸)，并且符合1991年ASTM出版的“ASTM Standards on Color andAppearance Measurement”(第三版)中收錄的ASTM方法E903、D1003和E308。在250-2500nm光譜范圍內(nèi)測量光漫反射率(DLR)。UV-可見光積分設(shè)為0.44秒。狹縫寬度為4nm。使用“陷波器(trap)”來消除由鏡面反射率所產(chǎn)生的問題。
用位于樣品前或標(biāo)準(zhǔn)白板前的清潔的、光學(xué)上平坦的熔融二氧化硅(石英)板進(jìn)行所有的測量。用要表征的顆粒填充直徑約50mm且深度約10mm的杯子。
試驗方法2
使用配備有樣品容器的Labscan XE分光光度計(得自位于美國弗吉尼亞州Reston市的Hunter Associates Laboratory公司)并使用橫動輥(traversing roller)來測量L*a*b*顏色，使用橫動輥是為了確保制備均勻的水平面，以便測量。將容器填充到約5mm的深度以確保測定值是由顆粒產(chǎn)生的。關(guān)于樣品容器和樣品制備的更詳細(xì)說明，參閱美國專利No.4,582,425。
試驗方法3將待試驗的顆粒篩分以得到這樣的粒徑級別其通過16目而保留在20目的美國標(biāo)準(zhǔn)篩筒上。將15克經(jīng)過篩分的顆粒放入帶有聚乙烯開口環(huán)和調(diào)整環(huán)的、直徑為31毫米的開口杯(由位于美國新澤西州Metuchen市的Spex CertiPrep公司出品)中，測量經(jīng)過篩分的顆粒的初始含銅量。將組裝好的樣品杯的底部與0.2密耳(5微米)厚、二又八分之七英寸(7.3厘米)寬的聚丙烯窗膜(由位于美國新澤西州Metuchen市的Spex CertiPrep公司出品)排列。注意不能敲打或進(jìn)行其它行為以免引起顆粒在杯中重排，將杯子放置在裝備有表面分析探針的XMET880 X射線熒光(XRF)儀器(由位于美國新澤西州Ewing市的Metorex公司出品)的探針上，該表面分析探針上固定有60毫居里的Cm-244激發(fā)源。采樣時間設(shè)置為20秒。已經(jīng)用一系列已知含銅量的顆粒對儀器進(jìn)行了校正，數(shù)據(jù)的記錄單位為克/公噸。
將50克經(jīng)過篩分的顆粒置于含有200毫升煮沸的5％ Al2(SO4)3的500毫升錐形瓶中。使顆粒在硫酸鋁溶液中煮沸剛好3分鐘。然后將錐形瓶從加熱板上移開，并立即傾析掉上層清液。注意不要從錐形瓶中損失任何顆粒。將顆粒用200毫升去離子水漂洗三次，注意每次傾析都不要損失顆粒。將顆粒置于烘箱內(nèi)的干燥架上的紙巾上，在230(110℃)下保持12分鐘。然后將顆粒從烘箱取出，使之冷卻并根據(jù)試驗方法3B再次測定最終的含銅量。在提取操作之前和之后的XRF讀數(shù)之差被記錄為瀝濾量(Leached Amout)，單位為千克/公噸。
試驗方法4
通過快速化學(xué)試驗測定顆粒的相對光催化活性，所述化學(xué)試驗提供了通過在顆粒內(nèi)或顆粒上經(jīng)UV輻射的光催化劑而產(chǎn)生羥基的速率的表征方法。該試驗結(jié)果已經(jīng)表現(xiàn)出與現(xiàn)場試驗中的屋頂材料顆粒的光催化性能具有相關(guān)性。
將約40克的待試驗顆粒稱重，用去離子水洗滌、干燥，并轉(zhuǎn)移到500毫升的結(jié)晶皿中。將顆粒均勻地鋪在結(jié)晶皿的底部。向結(jié)晶皿中加入500克的4×10-4M的對苯二甲酸二鈉水溶液。通過置于顆粒上的被浸沒的小型皮氏培養(yǎng)皿底部內(nèi)的磁力攪拌棒進(jìn)行攪拌。小型皮氏培養(yǎng)皿用來防止顆粒涂層可能被攪拌棒磨損，如果磨損將會產(chǎn)生可使活性讀數(shù)出錯的懸浮顆粒。將該大結(jié)晶皿置于磁力攪拌器上，并位于由4個等間隔的4英尺(1.2m)長的黑光燈泡(Sylvania 350BL 40WF40/350BL)組成的UV燈組下，所述燈泡由兩個特別設(shè)計的鎮(zhèn)流器(由位于美國威斯康星州Woodville市的Action Labs公司出品)供電，以提高發(fā)射光的強(qiáng)度。調(diào)整燈泡的高度以提供～2.3mW/cm2的UV光通量。使用VWR(VWR公司位于美國賓夕法尼亞州的Westchester市)UV光度計(型號為21800-016)和320-390nm的寬帶波長測量光通量，所述的UV光度計裝備有UVA365型的UVA輻射計。在輻射期間，以約5分鐘的時間間隔用移液管移走約3毫升的溶液，并將溶液轉(zhuǎn)移到一次性4窗式聚甲基丙烯酸甲酯比色杯或者石英比色杯中。將比色杯中的樣品置于Fluoromax-3分光熒光計(由位于美國新澤西州Edison市的SPEX Fluorescence集團(tuán)(隸屬于Jobin Yvon公司)出品)中。以樣品在λex314nm、λem424的熒光強(qiáng)度對樣品所受的輻射時間繪圖。為了比較，可以將不同屋頂材料顆粒制劑的熒光強(qiáng)度-時間圖繪制在同一幅圖中。曲線的直線部分的斜率(初始的3-5個數(shù)據(jù)點的斜率)指示出不同顆粒制劑的相對光催化活性。
顆粒涂敷方法在立式混合器中將表1-3中所示的漿料組分混合。將1000重量份的基底預(yù)熱到90-95℃，然后在立式或臥式混合器中將該基底與所指示量的漿料混合。實施例1使用等級#11的未帶涂層的屋頂材料顆粒作為基底。實施例2-4使用實施例1中生產(chǎn)的顆粒作為基底。然后將涂有漿料的顆粒在旋轉(zhuǎn)窯(天然氣/氧火焰)中燒制，在約10分鐘的時間內(nèi)使實施例3達(dá)到850℃的溫度、使其余實施例達(dá)到750-850℃的溫度。在燒制之后，使顆粒冷卻到室溫。
試驗方法5將保持在如下所述的營養(yǎng)培養(yǎng)基中的Neochloris(從美國佛羅里達(dá)州的瀝青板中培養(yǎng)的綠色單細(xì)胞藻類)培養(yǎng)物用于實驗室藻類激發(fā)試驗，以測定在模擬的板材基底上接種的藻類的存活率。在保持在24℃±2℃的環(huán)境室(由位于美國北卡羅萊那州Asheville市的REVCO公司出品的晝夜恒溫箱，型號為#RI-50-555-ABA)內(nèi)進(jìn)行藻類激發(fā)試驗。將光循環(huán)設(shè)定為16小時光照和8小時黑暗。準(zhǔn)備含有包埋在10克熔融瀝青中的約2克屋頂材料顆粒的小型皮氏培養(yǎng)皿。將包埋的顆粒用去離子水洗滌3次，并在藻類試驗開始之前先進(jìn)行干燥。每種顆粒類型制備兩組。
藻類生長培養(yǎng)營養(yǎng)培養(yǎng)基

將培養(yǎng)三周的Neochloris藻類的藻類懸浮液收集在50毫升無菌離心管中，并在200到300克下離心15分鐘，以使細(xì)胞形成小球。將細(xì)胞再懸浮在不用MnCl2而制成的營養(yǎng)培養(yǎng)基中并再次離心。將細(xì)胞再懸浮在30毫升不用MnCl2而制成的30毫升培養(yǎng)基中，然后用其接種顆粒皿。將2mL的這種稀釋的、略帶淺綠色的、經(jīng)過洗滌的藻類細(xì)胞懸浮液加入到每個皿中，并將每個皿置于可透射UV的拉鏈塑料袋內(nèi)。如下表所示，將一組皿置于UV燈下，將另一組置于冷白熒光燈下。使用在試驗方法4中所述的UV光度計測量光強(qiáng)度。并且，使用型號為DLM2的光度計(得自美國俄勒岡州Beaverton市的Universal Enterprises公司)測量可見光的強(qiáng)度。

如有必要，每天檢查水位并補(bǔ)滿。在第七天，檢查各皿，觀察對照物是否已經(jīng)達(dá)到充分地生長，使得藻類的綠色目視可見。如果存在充分生長，則終止試驗，并使用主觀評估來確定功效的程度。在顆粒上看不到綠色的皿中，使用立體顯微鏡確定是否有任何藻類在顆?；驗r青上生長。如果對照物中的生長不充分，則將不用MnCl2而制成的1毫升營養(yǎng)培養(yǎng)基加入到各個皿中，并在評估效力之前使細(xì)胞再生長4天。
材料在實施例中使用以下材料硅酸鈉溶液(39.4％的固體，SiO2與Na2O的比為2.75)，得自位于美國賓夕法尼亞州Valley Forge市的PQ公司。
高嶺粘土(得自位于美國康涅狄格州New canaan市的Unimin公司的SnobriteTM)。
Dover粘土，一種高嶺粘土(得自位于美國馬里蘭州Columbus市的W.R.Grace公司)硼砂(硼酸鈉，5摩爾，典型組成21.7％ Na2O，48.8％ B2O3，和29.5％ H2O)，得自位于美國加利福尼亞州Boron市的U.S.Borax(美國硼砂公司)。
二氧化鈦(Tronox CR-800，典型組成95％ TiO2，經(jīng)氧化鋁處理的)，得自位于美國密西西比州Hamilton市的Kerr-McGee公司。
顏料(10411金黃，10241森林綠，V-3810紅，V-9250亮藍(lán))，得自位于美國俄亥俄州克利夫蘭市的Ferro公司。
等級#11的未帶涂層的屋頂材料顆粒(得自位于美國明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司)，規(guī)格范圍如下(按照ASTM D451)WA9300無油的白色屋頂材料顆粒(得自3M公司)Kronos 1000二氧化鈦(得自位于美國麻薩諸塞州Chelmsford市的Kronos公司)FC-129(含氟化合物表面活性劑)，得自位于美國明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司LR7070銅釋放型屋頂材料顆粒(得自3M公司)實施例1-3使用顆粒涂敷方法并用列于表1中的涂料組分，來制備顆粒。除非另作說明，用量都以克表示。
表1

根據(jù)顆粒涂敷方法使用表2所列的涂料組分對實施例中的一些顆粒施加了第二涂層。除非另作說明，用量都以克表示。
表2

根據(jù)顆粒涂敷方法使用表3所列的涂料組分，對實施例中所選擇的顆粒施加了第三涂層。除非另作說明，用量都以克表示。
表3

實施例4實施例4是90重量％的實施例1的顆粒和10重量％LR707的銅釋放型顆粒(得自3M公司)的混合物。
對照物是90重量％的無油WA9300屋頂材料顆粒(得自3M公司)與10重量％的LR7070的銅釋放型顆粒(得自3M公司)的混合物。該顆?；旌衔镆约皢为毜腤A9300提供了用于藻類生長抑制試驗(方法5)的已知性能。單獨的WA9300被認(rèn)為可以使藻類生長，而混合的顆粒被認(rèn)為在抑制藻類生長方面是有效的。
試驗方法1-5的試驗結(jié)果總結(jié)在表4中。
表4

實施例5-7分別使用實施例2-4的顆粒制備板材。
用重力加料法將加熱到375(190℃)的熔融瀝青(得自位于美國明尼蘇達(dá)州Minneapolis市的Trumbul Asphalt Supply公司)加到移動的、經(jīng)瀝青浸漬的玻璃纖維墊(得自位于美國明尼蘇達(dá)州Minneapolis市的A.H.Bennett公司)料片上。瀝青厚度通過刮片計量達(dá)到約2毫米的厚度。將冷卻后的墊切割成0.0058m2的片并在176(80℃)的烘箱中加熱3分鐘，直到瀝青軟化并開始流動。立即將顆粒(得自實施例2-5)施加到受熱墊上。將約100克的顆粒置于在瓶蓋上等間隔地沖有孔洞(直徑為3毫米)的玻璃瓶中。將玻璃瓶保持在受熱瀝青之上9英寸(22.8cm)的位置處并使瓶子保持水平，將顆粒滴到瀝青的表面上。用250毫升錐形瓶的瓶底并橫貫瀝青的表面施加均勻的壓劃(pressure stroke)，使顆粒被包埋在瀝青中。收集過量的顆粒并以類似的方式再次施用。在評價之前先使含有顆粒的瀝青板冷卻。結(jié)果總結(jié)在表5中。
表5

本說明書中引用的所有專利、專利申請和出版物分別以參考方式并入本文，如同被單獨并入一樣。本發(fā)明的可預(yù)見性變形和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的，而不偏離本發(fā)明的范圍和實質(zhì)。本發(fā)明不應(yīng)受到本申請中所描述的示例性實施方案的限制。
權(quán)利要求
1.一種非白色建筑表面，該非白色建筑表面包括基底；第一反射層，其在所述基底的外表面的至少一部分上；反射層和所述基底的這種組合表現(xiàn)出的最小直射日光反射率值為至少約25％；第二反射層，其在所述第一反射層的至少一部分上，其中，所述第一反射層和所述第二反射層的組合使得該基底在770nm到2500nm的波長范圍內(nèi)的基本所有點上的反射率至少為約20％；和防腐劑，其選自生物生長抑制劑、自清潔組分、或其組合。
2.權(quán)利要求1所述的表面，該表面還包括第三層，所述第三層位于所述基底和所述第一層之間、或位于所述第一層和所述第二層之間、或位于所述第二層上。
3.權(quán)利要求1所述的表面，其中所述的防腐劑是所述第一層的一部分。
4.權(quán)利要求1所述的表面，其中所述的防腐劑是所述第二層的一部分。
5.權(quán)利要求1所述的表面，其中所述的防腐劑是所述第三層的一部分。
6.權(quán)利要求1所述的表面，其中所述的防腐劑是所述第一層、所述第二層和所述第三層中的兩者或多者的一部分。
7.權(quán)利要求1所述的表面，其中所述的防腐劑是所述第一層、所述第二層和所述第三層的一部分。
8.權(quán)利要求1所述的表面，其中所述的反射層位于區(qū)域中，并且其中所述防腐劑位于與反射層區(qū)域相鄰的所述基底的區(qū)域中。
9.權(quán)利要求8所述的表面，其中所述的防腐劑位于未被所述第一涂層和所述第二涂層覆蓋的所述基底的區(qū)域中。
10.權(quán)利要求1所述的表面，其中所述的基底是無機(jī)的非金屬基底。
11.權(quán)利要求1所述的表面，其中所述的基底選自粘土、混凝土、巖石、及其組合。
12.權(quán)利要求1所述的表面，其中所述的基底包括無機(jī)顆粒。
13.權(quán)利要求12所述的表面，其中所述的基底包括一部分具有反射層的無機(jī)顆粒和一部分具有防腐劑的無機(jī)顆粒。
14.權(quán)利要求1所述的表面，其中所述的基底包括至少一部分屋頂板。
15.一種非白色建筑表面，該非白色建筑表面包括基底；第一反射層，其在所述基底的外表面的至少一部分上，該帶反射層的基底表現(xiàn)出的最小直射日光反射率值為至少約25％；第二反射層，其在所述第一反射層的至少一部分上，其中，所述第一反射層和所述第二反射層的組合使得該基底在包括770nm和2500nm端值在內(nèi)的770nm到2500nm的范圍內(nèi)測得的總反射率值至少為約7,000；和防腐劑，其選自生物生長抑制劑、自清潔組分、或其組合。
16.權(quán)利要求15所述的表面，該表面還包括第三層，所述第三層位于所述基底和所述第一層之間、或位于所述第一層和所述第二層之間、或位于所述第二層上。
17.權(quán)利要求15所述的表面，其中所述的防腐劑是所述第一層的一部分。
18.權(quán)利要求15所述的表面，其中所述的防腐劑是所述第二層的一部分。
19.權(quán)利要求15所述的表面，其中其中所述的防腐劑是所述第三層的一部分。
20.權(quán)利要求15所述的表面，其中所述的防腐劑是所述第一層、所述第二層和所述第三層中的兩者或多者的一部分。
21.權(quán)利要求15所述的表面，其中所述的防腐劑是所述第一層、所述第二層和所述第三層的一部分。
22.權(quán)利要求15所述的表面，其中所述的反射層位于區(qū)域中，并且其中所述防腐劑位于與反射層區(qū)域相鄰的所述基底的區(qū)域中。
23.權(quán)利要求22的表面，其中所述的防腐劑位于未被所述第一涂層和所述第二涂層覆蓋的所述基底的區(qū)域中。
24.權(quán)利要求15所述的表面，其中所述的基底是無機(jī)的非金屬基底。
25.權(quán)利要求15所述的表面，其中所述的基底選自粘土、混凝土、巖石、或其組合。
26.權(quán)利要求15所述的表面，其中所述的基底包括無機(jī)顆粒。
27.權(quán)利要求26的表面，其中所述的基底包括一部分具有反射層的無機(jī)顆粒和一部分具有防腐劑的無機(jī)顆粒。
28.權(quán)利要求15所述的表面，其中所述的基底包括至少一部分屋頂板。
29.一種產(chǎn)生非白色建筑表面的方法，該方法包括將第一涂層設(shè)置到基底外表面的至少一部分上；使所述第一涂層固化，從而在基底上形成第一反射層，所述第一反射層表現(xiàn)出的最小直射日光反射率值為至少約25％；將第二涂層設(shè)置到所述的帶涂層的基底的至少一部分上；和使所述第二涂層固化成第二反射層，其中，所述第一反射層和所述第二反射層的組合提供以下性質(zhì)(i)和(ii)中的至少一種(i)在770nm到2500nm的波長范圍內(nèi)的基本所有點上的反射率至少為約20％；和(ii)在包括770nm和2500nm端值在內(nèi)的770nm到2500nm的范圍內(nèi)測得的總反射率值至少為7000；并且在所述基底上提供防腐劑，所述防腐劑選自生物生長抑制劑、自清潔組分、或其組合。
30.權(quán)利要求29的表面，該表面還包括第三層，所述第三層位于所述基底和所述第一層之間、或位于所述第一層和所述第二層之間、或位于所述第二層上。
31.權(quán)利要求29的表面，其中所述的防腐劑是所述第一層的一部分。
32.權(quán)利要求29的表面，其中所述的防腐劑是所述第二層的一部分。
33.權(quán)利要求29的表面，其中所述的防腐劑是所述第三層的一部分。
34.權(quán)利要求29的表面，其中所述的防腐劑是所述第一層、所述第二層和所述第三層中的兩者或多者的一部分。
35.權(quán)利要求29的表面，其中所述的防腐劑是所述第一層、所述第二層和所述第三層的一部分。
36.權(quán)利要求29的表面，其中所述的反射層位于區(qū)域中，并且其中所述防腐劑位于與反射層區(qū)域相鄰的所述基底的區(qū)域中。
37.權(quán)利要求36的表面，其中所述的防腐劑位于未被所述第一涂層和所述第二涂層覆蓋的所述基底的區(qū)域中。
38.權(quán)利要求29的表面，其中所述的基底是無機(jī)的非金屬基底。
39.權(quán)利要求29的表面，其中所述的基底選自粘土、混凝土、巖石、或其組合。
40.權(quán)利要求29的表面，其中所述的基底包括無機(jī)顆粒。
41.權(quán)利要求40的表面，其中所述的基底包括一部分具有反射層的無機(jī)顆粒和一部分具有防腐劑的無機(jī)顆粒。
42.權(quán)利要求29的表面，其中所述的基底包括至少一部分屋頂板。
43.一種非白色板材，該板材包括板材基底；第一反射層，其在所述板材基底的外表面的至少一部分上；反射層和基底的這種組合表現(xiàn)出的最小直射日光反射率值為至少約25％；第二反射層，其在所述第一反射層的至少一部分上，其中，所述第一反射層和所述第二反射層的組合使得該板材基底在770nm到2500nm的波長范圍內(nèi)的基本所有點上的反射率至少為約20％；和防腐劑，其選自生物生長抑制劑、自清潔組分、或其組合。
44.一種非白色板材表面，包括板材基底；第一反射層，其在所述板材基底的外表面的至少一部分上，具有所述反射層的所述基底表現(xiàn)出的最小直射日光反射率值為至少約25％；第二反射層，其在所述第一反射層的至少一部分上，其中，所述第一反射層和所述第二反射層的組合使得該板材基底在包括770nm和2500nm端值在內(nèi)的770nm到2500nm的范圍內(nèi)測得的總反射率值至少為約7,000；和防腐劑，其選自生物生長抑制劑、自清潔組分、或其組合。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非白色建筑表面，該非白色建筑表面包括基底；在基底的外表面的至少一部分上的第一反射涂層，使得具有所述第一反射涂層的所述基底表現(xiàn)出的最小直射日光反射率值為至少約25％；和在所述第一反射涂層的至少一部分上的第二反射涂層，其中所述第一反射涂層和所述第二反射涂層的組合使得該基底在770nm到2500nm的波長范圍內(nèi)的基本所有點上的反射率至少為約20％。
文檔編號E04D1/22GK1898077SQ200480039003
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者馬克·T·安德森, 彼得·B·弗萊明, 拉克爾·A·T·古爾德, 克里斯托夫·L·格羅斯, 小丹尼爾·B·彭德格拉斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司