白色建築幾乎是炎熱、地中海和中東國家的代名詞。這些傳統建築世世代代都使用白色油漆和瓷磚將太陽能反射到大氣中。反射太陽能可以防止建築物本身吸收紅外線並升溫。在炎熱的國家，這對於保持辦公室、家庭和學校的合理溫度至關重要。雖然白色顏料和填料（例如鈦白粉和碳酸鈣）已被用於建立這些白色反光外觀，但還有其他選擇，而且隨著越來越多的國家經歷更炎熱的夏季，探索這些的需求也在增長。
太陽光如何溫暖地球？
來自太陽的光波穿過太空真空，在短短 8 分鐘內到達地球。一旦到達地球，它們就會遇到構成保護性氣體大氣層的顆粒。一些光被大氣層最外層的顆粒反射，但大約 70% 的光仍然可以透過。當光波遇到粒子時，它們要麽按來時的方式反射回來，要麽被粒子吸收，此時一些能量會轉移到粒子上。出於本文的目的，我們可以將這種能量視為加熱粒子。
圖 1 中的總太陽發射光譜 顯示了太陽發射的不同波長的輻照度（光能的度量）以及不同類別光之間的百分比分配。紫外線對我們來說是不可見的，但會對我們的細胞造成損害，例如曬傷、色素沈著或最終導致皮膚癌，可見光描述了我們眼睛看到的波長，而紅外線輻射則造成加熱效應。因此，材料反射紅外輻射而不是吸收紅外輻射越多，傳遞到粒子來加熱它的能量就越少。比較材料反射光能力的指標稱為 總太陽光反射率 (TSR) ，用於衡量材料反射光的百分比。
圖 1： 太陽輻照度光譜顯示了紫外線、可見光和紅外線輻射的貢獻。
如何提高塗料的TSR？
增加材料的總太陽反射率可以使其反射光，從而帶走熱能。 對於建築物來說，這可以使建築物保持涼爽並 減少對能源密集型冷卻系統的需求 ，從而節省能源和金錢。使用白色顏料和填料是一種傳統方法，因為顏料不吸收任何可見光波長，而黑色顏料則吸收所有可見光波長。這就是為什麽白色通常被稱為沒有顏色，而黑色則代表所有可見光的顏色。提高 TSR 的另一種方法是透過顆粒形狀。
空心玻璃微珠可提高 TSR
空心玻璃呈球形，顏色為白色。 氣泡的完美球形特性 使其 能夠向遠離材料的各個方向散射光，特別是與紅外輻射相關的波長。
我們對水性塗料進行了一項研究來測試這一點。使用體積為 22.5% 的碳酸鈣作為白色填料的傳統塗料作為參考。然後碳酸鈣 在等體積的基礎上用不同等級的空心玻璃微珠替換 ，同樣是22.5%體積。
使用 Perkin-Elmer 分光光度計分析 400 微米塗層的 TSR。所有空心玻璃微珠的效能均優於碳酸鈣參考填料，但較小的高強度等級卻具有最高的反射率（ 圖 2 ）。人們發現，較小的等級更有效，因為其表面積更大，堆積潛力更大，這意味著可以反射更多的光波。由於這些等級的強度，這些塗料也可以使用無氣噴塗機進行施工，而不會破壞氣泡。
圖 2： 使用 CaCO3 作為參考和不同等級的空心玻璃微珠配制的水性塗料的總太陽反射率。
用於冷卻建築物的空心玻璃微珠
雖然 TSR 的改進很重要，但 重要的是 透過塗層的熱擴散特性。 為了了解 TSR 和熱擴散率之間的相關性，我們進行了一項實驗（ 圖 3 ），將每種塗層塗在鋁板上，並暴露在紅外燈的紅外輻射下。隨著時間的推移，對塗層面板另一側的熱電偶進行測量，以研究塗層所呈現的熱障。
圖 3： 建立一個實驗實驗室，用於測試每種塗層反射紅外光的能力以及充當光源和被測熱電偶之間的熱障的能力。
在總太陽反射率和透過塗層傳熱減少的水平之間發現了良好的相關性。部份牌號在此實驗中均表現出色 - 與僅含碳酸鈣的塗層相比， 溫度降低了 10°C （圖 4 ）。
圖 4： 在水性塗料中使用不同等級的空心玻璃微珠來實作更高 TSR 和降低溫度的實驗裝置的溫度讀數。
空心玻璃微珠在外墻塗料中的其他優勢
空心玻璃微珠還可以賦予塗料其他優點......
概括
塗料配方中空心玻璃微珠的小球形形狀使其能夠有效 反射太陽光線 ，某些牌號的 TSR 超過 94%。透過這樣做，它們可以防止塗層下方的材料吸收熱能並導致溫度升高。因此，在外部屋頂或墻壁塗層中添加空心玻璃微珠可以使建築物比傳統的碳酸鈣填料保持涼爽（最高冷卻 10°C）。空心玻璃微珠還具有處理、運輸和配制方面的其他優點，使其成為全面改進的填料選擇。
