簡介
紅外線反射 顏料 是經過設計的 著色劑，能夠反射大部分近紅外線 (NIR) 太陽輻射，同時維持所需的可見光顏色，從而減少塗層或複合材料中的熱量累積。在塑膠和 塗料中，它們用於改善熱舒適度、減少翹曲和降解，並降低建築外牆、汽車零件、戶外家具和農業產品等最終應用中的冷卻需求。
該技術源自專門的軍事和航空航天熱特徵控制工作，後來擴展到建築、交通運輸和聚合物產品的商業「冷色」系統。如今，該領域包括多個材料家族，尤其是複雜無機 彩色顏料、混合金屬氧化物、金屬薄片基系統，以及其他工程無機 顏料，旨在結合可見光顏色與高 NIR 反射率。
從塑膠產業的角度來看，紅外線反射 顏料 是重要的輔助劑，因為它們能使較深或更飽和的彩色塑膠比傳統 顏料 保持更低溫度，從而改善尺寸穩定性和使用壽命。它們的可持續性價值主要與節能和更長產品耐用性相關，儘管 顏料 本身通常是礦物基的，必須在更廣泛的循環性、成本和配方限制內進行評估。
歷史與發展
早期發展與軍事偽裝和熱管理 塗料密切相關，其中可見光和近紅外線區域的光學調整用於管理探測和表面溫度。到 1980 年代，IR 反射 顏料 已用於減少剛性 PVC 中的太陽熱誘導翹曲，到 1990 年代末，它們已成為支持能源效率計劃的冷屋頂產品中的主要技術。
隨著配方科學的進步，顏料供應商開發了複雜無機 彩色顏料，能夠提供更深、更鮮豔的顏色，同時比傳統有機 顏料 或 碳黑 反射更多 NIR 輻射。這一轉變開闢了建築 塗料、聚合物化合物和汽車內飾的新應用，在這些應用中，熱量累積和基材變形是實際問題。
化學結構與關鍵特性
紅外線反射 顏料 並非由單一化學成分定義，而是由 功能 定義：它們反射或散射 NIR 輻射的顯著部分，通常在約 700 至 2500 nm 範圍內，同時在最終製品中產生可見光顏色或不透明度。常見方法包括複雜金屬氧化物、混合氧化物鈣鈦礦狀結構、塗層或薄片基無機 顏料，以及具有 NIR 透明或 NIR 反射層的工程彩色 顏料。
其性能取決於粒徑、晶體結構、折射率對比、表面塗層以及在樹脂或塗料基質中的分散品質。在實務上，具有高 NIR 反射率的 顏料 可減少吸收的太陽能，從而降低表面溫度和傳遞到基材的溫度。
關鍵限制與實務因應措施
- 限制： 某些深色色調仍吸收過多熱量 → 原因： 可見光 黑色顏料 通常也在 NIR 中強烈吸收 → 因應措施： 使用複雜無機 彩色顏料 或專為反射或透射 NIR 同時保留可見光黑暗度而設計的 NIR 透明 黑色顏料。
- 限制： 若顏料分散不良，性能可能下降 → 原因： 團聚會降低有效散射和光學選擇性 → 因應措施： 使用最佳化表面處理、適當的稀釋程序和樹脂相容等級。
- 限制： 有機 顏料 在戶外冷色系統中通常耐候性較差 → 原因： UV 和熱不穩定性可能導致褪色或性能損失 → 因應措施： 對於要求嚴格的戶外和高溫用途，優先選擇無機冷 顏料。
- 限制： 在薄型、高透明度或高吸收性配方中，高 IR 反射率可能效果較差 → 原因： 基材和黏結劑的交互作用會影響最終光學路徑 → 因應措施： 調整顏料添加量、遮蓋力和膜厚，或使用多顏料配方。
典型功能機制
- 選擇性吸收/反射： 顏料 吸收產生顏色所需的可見光波長，並反射 NIR，從而減少熱量吸收。
- 漫射散射： 粒子形態和折射率不匹配會增加 NIR 輻射的散射。
- 多層干涉： 某些工程 顏料 使用氧化物或金屬氧化物層來強化 NIR 反射。
一個實務配方範例是使用複雜無機彩色顏料（佔塗料固體總重量的幾個百分比）的冷屋頂塗料，通常與 二氧化鈦 或其他白色填充 顏料 結合使用，以改善遮蓋力和太陽反射率；確切用量取決於色相、不透明度和黏結劑系統。另一個範例是使用 NIR 透明 黑色顏料 而非傳統 碳黑 的黑色或深色聚合物化合物，可在呈現深色外觀的同時降低太陽熱量吸收。
生產製程與原料
大多數紅外線反射 顏料 是透過無機合成路線而非簡單有機染料化學生產。常見製造方法包括混合氧化物的煅燒、固態反應、沉澱後熱處理、核心粒子塗層，以及控制表面工程以調整光學響應。
典型原料包括金屬氧化物、過渡金屬鹽、含鈦化合物、鋅化合物，以及其他選用於晶體結構控制和熱穩定性的礦物前驅物。對於先進薄片或多層 顏料，可能使用金屬基材、氧化物干涉層和其他表面處理來創造最終光學結構。
從塑膠輔助劑的角度來看，最重要的生產變數是：
- 晶相和煅燒溫度，
- 粒徑分布，
- 表面化學性質與聚合物的相容性，
- 以及戶外曝曬下的耐候性。
應用與終端市場
紅外線反射 顏料 用於任何必須平衡 外觀 和 溫度控制 的場合。
| 應用領域 | 典型材料系統 | 在最終產品中的通常功能 |
|---|---|---|
| 屋頂 塗料 和冷屋頂 | 建築 塗料、捲材 塗料、屋頂膜 | 減少太陽熱量吸收和冷卻負荷 |
| 外牆、立面、灰泥 | 建築 塗料 和粉刷 | 降低表面溫度和熱應力 |
| 汽車外飾和內飾 | OEM 和售後 塗料、乙烯基、飾條化合物 | 改善車廂舒適度並保護聚合物零件免受熱老化 |
| PVC 型材和壁板 | 剛性 PVC 化合物和 塗料 | 減少翹曲和熱誘導變形 |
| 戶外消費品 | 家具、遊樂設施、泳池平台、花園產品 | 降低觸摸溫度和改善耐用性 |
| 工業表面 | 儲槽、外殼、金屬結構 | 有助於控制表面溫度和熱循環 |
| 偽裝和國防 | 專用 塗料 和網罩 | 調整可見光/NIR 反射率以進行特徵管理 |
在塑膠中，IR 反射 顏料 的一大優勢是能夠改善彩色化合物的熱行為，而無需將設計強制轉向白色或淺色調。高度透明或光學透明的塑膠製品是不適合的用途，因為顏料的散射和不透明度會與清晰度的要求相衝突；在這些情況下，除非配方有意製成半透明或有色，否則該技術通常不相容。
環境與可持續性方面
紅外線反射 顏料 的主要可持續性論點是 使用階段的節能。透過降低表面溫度，它們可以減少建築物的空調需求，並降低暴露聚合物產品的熱應力，從而可能延長使用壽命並減少更換頻率。
在冷屋頂和冷牆系統中，這種效益在炎熱氣候和密集都市地區尤為明顯，因為 NIR 反射率有助於減輕都市熱島效應。對於塑膠而言，較冷的表面也可以減少型材、戶外家具和汽車零件中的翹曲、褪色和熱老化。
可回收性更多取決於宿主聚合物而非顏料本身。由於大多數紅外線反射 顏料 是無機的，原則上它們通常與機械回收流程相容，但如果用於高度工程化或深色配方中，它們可能使分選、再加工或配色變得複雜。生物基或回收聚合物替代品並不消除對顏料選擇的需求；它們主要轉移黏結劑或基材的碳足跡，而顏料仍決定太陽能性能。
碳足跡考量是混合的：
- 由於煅燒和礦物加工，顏料 的製造通常能源密集，
- 但它們可以在產品生命週期內減少操作能源使用，
- 且在許多戶外用途中，使用階段的節省可能超過顏料生產負擔。
經濟與全球市場影響
市場需求受建築能源法規、冷屋頂標準、車輛舒適度目標，以及對熱穩定彩色塑膠日益增長的需求所驅動。最近的產業分析指出，隨著冷色採用在建築和交通運輸領域的擴展，市場將在 2030 年之前穩步成長。
主要供應商包括專注於複雜無機 彩色顏料 和冷色技術的專業顏料公司，以及服務 塗料 和塑膠的更廣泛 著色劑 製造商。商業競爭受以下因素影響：
- NIR 反射率性能，
- 耐候性，
- 色域覆蓋，
- 在聚合物基質中的分散行為，
- 以及相對於傳統 顏料 的成本。
當前挑戰與創新
技術挑戰是同時實現三個目標：顏色、耐用性 和 低熱吸收。性能最佳的產品通常需要在色相、遮蓋力、成本和可加工性之間仔細權衡。
關鍵創新方向包括：
一個有用的配方見解是，可以結合某些顏料系統來優化不同色調和反射率下的性能，而非依賴單一顏料類型。這在聚合物複配中尤其相關，因為基質、加工溫度和零件厚度都會影響最終熱行為。
未來展望
紅外線反射 顏料 很可能從屋頂和立面擴展到更多聚合物密集型應用，包括汽車內飾、戶外設備和耐用消費品。成長將取決於供應商是否能持續改善深色性能、耐候性和成本效率，同時使該技術更容易在塑膠中配製，而不僅限於 塗料。
長期來看，最重要的機會是系統層級：將太陽反射 顏料 與輕質聚合物、回收材料 和低碳建築或運輸設計結合，可以同時減少體現排放和操作排放。因此，創新將較少關注顏料顏色本身，而更多關注成品的總體熱性能和生命週期性能。
摘要
紅外線反射 顏料 是 功能性 著色劑，有助於聚合物和塗料系統反射 NIR 輻射、減少熱量累積並改善耐用性。它們的價值在冷屋頂、外部建築、汽車和戶外塑膠中最高，因為表面溫度直接影響能源使用和產品壽命。
參考文獻
- •
Introduction to IR-reflective pigments. (2005, August 1). PCI Magazine. https://www.pcimag.com/articles/83468-introduction-to-ir-reflective-pigmentsLink
- •
Infrared reflective pigment market size & share 2025-2032. (2025, November 10). 360iResearch. https://www.360iresearch.com/library/intelligence/infrared-reflective-pigmentLink
- •
IR reflective. (2026, July 6). The Protech Group. https://www.theprotechgroup.com/technology/ir-reflective-coatings/Link
- •
Arctic® | Infrared reflective pigments. (2026, April 29). The Shepherd Color Company. https://www.shepherdcolor.com/product-range/arctic/Link
- •
When black is white. (2011, December 13). PCI Magazine. https://www.pcimag.com/articles/86552-when-black-is-whiteLink
- •
IR-reflecting pigments. (2011, October 1). PCI Magazine. https://www.pcimag.com/articles/92566-irreflecting-pigmentsLink
- •
紅外反射顏料_百度百科. (n.d.). Baidu. https://baike.baidu.hk/item/%E7%B4%85%E5%A4%96%E5%8F%8D%E5%B0%84%E9%A1%8F%E6%96%99/4969553Link
- •
Infrared reflectance of pigments. (2024, July 19). Ranbarr. https://ranbarr.com/infrared-reflectance-of-pigments/Link
- •
Infrared reflective pigmentation technologies and the future of coatings part 2: The science behind the technology. (2007, August 1). PCI Magazine. https://www.pcimag.com/articles/87154-infrared-reflective-pigmentation-technologies-and-the-future-of-coatings-part-2-the-science-behind-the-technologyLink
- •
IR-reflective pigments: A black rainbow of options. (2017, January 3). PCI Magazine. https://www.pcimag.com/articles/102920-ir-reflective-pigments-a-black-rainbow-of-optionsLink
- •
红外反射颜料. (2023, October 26). Baidu. https://baike.baidu.com/item/%E7%BA%A2%E5%A4%96%E5%8F%8D%E5%B0%84%E9%A2%9C%E6%96%99/4969553Link
- •
Pigments which reflect infrared radiation from fire. (1996, March 27). Google Patents. https://patents.google.com/patent/US5811180A/enLink
- •
Infrared reflected (IR) paint manufacturing industry. (2025, January 1). NIIR Project Consultancy Services. https://www.niir.org/blog-archive/blog.php?id=1043Link
- •
http://dx.doi.org/10.1590/0104-1428.1869. (n.d.). SciELO. https://www.scielo.br/j/po/a/dkmgYstmPR4rXwcTmxpLKrw/?format=pdf&lang=enLink
- •
Pigments for infrared reflective coatings. (n.d.). Fineland Chem. https://www.finelandchem.com/pigments-for-infrared-reflective-coatings/Link
- •
红外反射颜料及其应用. (2024, July 22). 上海精颜化工. https://www.shzgf.com/ylzs/3024.htmlLink
- •
Formulating infrared coatings for defence applications. (n.d.). Defense Technical Information Center. https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/ADA267555.pdfLink
- •
Infrared colorants for cool coatings. (2016, January 5). PCI Magazine. https://www.pcimag.com/articles/101516-infrared-colorants-for-cool-coatingsLink
- •
Improve energy efficiency with infrared reflective pigments. (n.d.). Vibrantz Technologies. https://vibrantz.com/wp-content/uploads/2024/04/Vibrantz_CS_Cool-Colors_Brochure_04182024_Digital.pdfLink
- •
Arctic® | 红外反射颜料. (2026, May 6). The Shepherd Color Company. https://www.shepherdcolor.com/%E4%BA%A7%E5%93%81%E7%B3%BB%E5%88%97/arctic/?lang=zh-hansLink
- •
CN101115683B - 红外线反射用黑色颜料、涂料和树脂组合物. (2006, February 8). Google Patents. https://patents.google.com/patent/CN101115683B/zhLink
- •
有人对IR染料或颜料了解吗？ (2013, December 26). 联众涂料论坛. http://bbs.coatu.com/forum.php?mod=viewthread&action=printable&tid=97387Link
- •
Type of the paper (article). (n.d.). MDPI. https://mdpi-res.com/d_attachment/applsci/applsci-13-12903/article_deploy/applsci-13-12903.pdfLink
- •
複合酸化物顔料 (CICP). (n.d.). Asahi Kasei. https://www.asahikasei.co.jp/products/irrpig/Link
- •
反射紅外線色料. (n.d.). 鼎星實業股份有限公司. https://www.worldchem.com.tw/index.php?lang=tw&do=product&act=detail&product_tp_id=15&id=84Link
- •
NIR reflective pigments to mitigate the urban heat islands effect (UHIE). (n.d.). E3S Web of Conferences. https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/pdf/2020/32/e3sconf_nsb2020_03006.pdfLink
- •
红外反射颜料(NIR Reflectance Pigments). (n.d.). 复合无机颜料. https://www.jolychem.com/product/nir-reflectance-pigments/Link
- •
红外线反射方法. (2010, February 26). Google Patents. https://patents.google.com/patent/CN102355957B/zhLink
- •
紅外反射顏料批發. (2019, February 15). 1688. https://tw.1688.com/item/-BAECCDE2B7B4C9E4D1D5C1CF.htmlLink
- •
NIR & IR reflection. (n.d.). Harold Scholz & Co. GmbH. https://www.harold-scholz.de/en/areas-of-application/nir-ir-reflectionLink
- •
Thermal infrared reflective pigments for coatings. (2004, July 12). Google Patents. https://patents.google.com/patent/US7455904B2/enLink
- •
Colored paints containing NIR-reflective pigments exposed to accelerated ultraviolet radiation aging with possible application as roof coatings. (n.d.). IRIS Università di Trento. https://iris.unitn.it/bitstream/11572/283569/1/coatings-10-01135%20-%202020.pdfLink
- •
Special infrared reflective pigments make a dark roof reflect almost like a white roof. (n.d.). Cool Roof Toolkit. https://www.coolrooftoolkit.org/wp-content/uploads/2012/05/Special-Infrared-Reflective-Pigments-Make-a-Dark-Roof-Reflect-Almost-Like-a-White-Roof.pdfLink
- •
應用產業. (n.d.). 鼎星實業股份有限公司. https://www.worldchem.com.tw/index.php?lang=tw&do=app&act=detail&app_id=22&id=84Link
- •
Infrared reflective color pigment. (1998, October 26). Google Patents. https://patents.google.com/patent/US6174360B1/enLink
- •
Near infrared reflecting composition and coverings for ... (2011, December 2). Justia Patents. https://patents.justia.com/patent/20140335329Link
- •
近红外透明| 红外反射黑色颜料| 尼克韦尔. (2025, November 7). Nichwell Chem. https://nichwellchem.com/zh-CN/ir-transmission-pigment/Link
- •
Prediction of heat build-up of solar reflecting coatings based on physico-chemical properties of complex inorganic colour pigments (CICPs). (2011, October 18). ScienceDirect. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0300944011000427Link
- •
透射红外辐射并呈现颜色稳定性的涂料组合物及相关涂层体系. (2012, May 29). Google Patents. https://patents.google.com/patent/CN103649239B/zhLink
- •
反射红外辐射的白色颜料、其制造及其用途. (n.d.). Google Patents. https://patents.google.com/patent/CN102660147A/zhLink
- •
NIR reflective pigments for cool roof applications. (2021, September 1). ScienceDirect. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652621020448Link
- •
Infrared-reflective pigment and infrared-reflective coating composition. (2015, July 9). Google Patents. https://patents.google.com/patent/CN106574129A/enLink
- •
Infrared reflectance spectra for selected paint pigments. (n.d.). Defense Technical Information Center. https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/AD0729354.pdfLink
- •
防近红外侦察伪装涂料技术研究! (n.d.). http://hwjs.nvir.cn/cn/article/pdf/preview/10.3969/j.issn.1001-8891.2003.01.022.pdfLink
- •
IR reflecting pigments. (2024, September 16). Irisem. https://www.irisem.com/ir-reflecting-pigments/Link
- •
适用于隔热领域的红外反射颜料有哪些？ (2025, April 11). 富发久. https://www.jufa88.com/xinwenzixun/1712.htmlLink
- •
赤外反射性顔料及び赤外反射性塗料組成物. (2015, July 9). Google Patents. https://patents.google.com/patent/WO2016006664A1/jaLink
- •
近红外反射复合颜料. (2001, December 21). Google Patents. https://patents.google.com/patent/CN1359982A/zhLink
- •
1. (n.d.). Repositório Aberto da Universidade do Porto. https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/137979/2/503650.pdfLink
- •
Development of effective infrared reflective coatings. (n.d.). MDPI. https://www.mdpi.com/2076-3417/13/23/12903Link
- •
Decoding the structure and properties of near-infrared ... (2022, July 25). Phys.org. https://phys.org/news/2022-07-decoding-properties-near-infrared-pigments.htmlLink