一种辐射制冷薄膜及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种辐射制冷薄膜及其制备方法和用途，所述辐射制冷薄膜包括依次设置辐射制冷层、平滑层和反射层，所述辐射制冷层包括聚乳酸树脂、制冷微粒、偶联剂和光稳定剂，所述辐射制冷层靠近所述平滑层一侧的表面凹凸不平，所述平滑层与所述辐射制冷层紧密贴合，所述平滑层靠近所述反射层一侧的表面平整光滑。本发明专利技术利用流延共挤工艺制得辐射制冷层和平滑层，利用真空蒸镀镀铝制得反射层。本发明专利技术所述辐射制冷薄膜对300‑2500纳米全波段的平均反射率R≥95％，8‑13微米波段红外发射率E≥92％，阳光直射下的辐射冷却功率P≥100W/m

A kind of radiation refrigeration film and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种辐射制冷薄膜及其制备方法和用途
本专利技术涉及功能薄膜材料，尤其是一种辐射制冷薄膜及其制备方法和用途。
技术介绍
被动日间辐射冷却是指物体通过反射阳光和将热量辐射到寒冷的宇宙空间来自发冷却表面的现象，是近年来一个十分有潜力的热点研究课题，凭借不消耗额外外部能量，零污染，安全高效清洁的优点而越来越受重视。增强辐射制冷能力的办法是尽量提高物体表面对太阳辐射(波长在0.3-2.5微米之间)的反射率，同时尽可能增强透明大气窗口谱段(8-13微米)的红外发射率。一般的物体往往难以同时具备以上两项性能，或者对太阳辐射的吸收较大，或者在大气窗口的红外辐射能力较弱，这导致在太阳直射条件下物体不具有制冷能力，表面会被逐渐加热升温。增强物体表面太阳反射能力的方法较为简单，可以通过对太阳光高反射的材料(如镀银或镀铝)来实现。增强大气窗口谱段的红外辐射能力比较复杂，研究发现一些人造微纳材料或者表面超材料具有特殊的红外辐射能力，通过表面微纳结构与电磁波耦合作用(如表面声子激元、微腔谐振效应等)可大大提高大气透明窗口的红外发射率。澳大利亚斯温伯恩理工大学科研团队提出了一种各向异性的多周期圆锥矩阵表面超材料结构，可高度增强在8-13微米大气透明度窗口的红外发射，在大气环境下具有116.6Wm-2的极高冷却功率。美国斯坦福大学的科研团队研制了一种辐射冷却器，其是由金属反射器及位于其顶部的七个交替的SiO2和HfO2纳米层组成，在透明窗口中产生约0.65的平均发射率，实现在阳光直射下比环境温度降低5℃的效果。以上微纳加工方法工艺复杂，成本昂贵，所制冷却器件柔韧性较低，难以实现大规模生产和推广应用。近来，美国科罗拉多大学的科研团队报道了一种高分子辐射制冷薄膜，通过将制冷微球颗粒(粒径约8微米)嵌入柔性高分子薄膜(TPX，PE或PMMA)内形成高分子-微球复合薄膜(厚度约50微米)，并直接在该复合薄膜表面镀银，实现辐射制冷，最终实现太阳直射条件下制冷功率约93W/m2。在公告号为CN108219172A的专利中，也公开了一种类似的高分子辐射制冷薄膜，不过其所用的反射层为铝膜层。以上高分子辐射制冷薄膜柔性较好，可适应不同曲率的表面，工艺简单，成本低廉，符合工业生产的技术要求，有广泛的运用场景。但是，由于微粒的粒径相对较大，易在复合薄膜上形成凹凸明显的粗糙表面，在这样的复合薄膜表面直接镀膜会影响镀膜的光学质量，降低对太阳辐射的反射率。此外，所采用的高分子基体材料皆为不可降解材料，易对环境造成负担。由于使用一次就被丢弃，重复利用率很低，会产生巨大的能源损耗和环境污染。人类对塑料垃圾处理主要方式是焚烧和填埋，燃烧会造成温室效应和空气污染，而掩埋和海洋填埋易对地球环境和生物造成伤害。据报道，一般塑料地表填埋后，要彻底降解需要500年左右，塑料污染不仅会对生态环境产生影响，而且对人类的危害也很大。日常使用的塑料吸管主要成分是合成树脂(PP、PE)等难降解材料，每年超过10万只动物因吞食废弃塑料而死亡，近年研究人员也在动物和人体内发现塑料颗粒的存在。我国也逐渐意识到不可降解塑料的危害，于2008年颁布了“限塑令”，之后在吉林省正式实施“禁塑令”，海南省于2019年年初公开向社会征求“禁止生产销售使用一次性不可降解塑料制品条例”相关意见，并将尽快健全实施相关法案。塑料制品在生产和废弃物处理过程中产生的问题亟待解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种辐射制冷薄膜，采用聚乳酸作为辐射制冷层基体材料，实现薄膜的可降解性；同时在辐射制冷层上设计平滑层，更好地连接辐射制冷层和反射层，同时可显著提高镀膜的质量，使得所述辐射制冷薄膜对0.3-2.5微米太阳辐射波段的平均反射率R≥95％，8-13微米大气窗口红外发射率E≥92％。聚乳酸是从植物中提取合成的环境友好型材料，使用任何废弃物处理方式都不会对环境造成污染，将使用过的聚乳酸直接掩埋于土壤中，经微生物处理可转化成植物所需的养分被吸收，降解时间只需要1～2年。聚乳酸发展前景广阔，具有很大的应用潜力，对环境的保护有重大意义。将聚乳酸树脂用于辐射制冷材料的基材，其困难之处在于刚性基材与刚性辐射制冷微粒的相容性较差，在界面处存在较大的散射而导致太阳辐射吸收较大。本专利技术通过添加适当的硅烷偶联剂以改善二者界面的相容性，从而降低薄膜的太阳辐射吸收率。本专利技术中，辐射制冷层中微粒优选为二氧化硅，三氧化二铝，二氧化钛或碳化硅中的至少一种，尺寸为1-20微米，尺寸低于1微米，易造成薄膜红外辐射能力下降，尺寸高于20微米，易造成界面散射过大而导致薄膜吸收较多的太阳辐射能量。另外，微粒的比例也很重要，优选地，辐射制冷层中微粒占所述辐射制冷层的6wt％-18wt％。低于6wt％，易导致大气窗口的红外辐射能力不足，高于18wt％，易导致薄膜界面散射过大而造成薄膜的太阳吸收率过大。并且浓度过高，还会造成薄膜发脆。优选地，制冷微粒为二氧化硅和碳化硅混合，尺寸为1-18微米，二者的质量比为1:4至4:1，优选为2:3至3:2，采用二氧化硅和碳化硅混合的优势在于二者可以协同提升薄膜在8-13微米的红外发射率。本专利技术中，辐射制冷层的厚度为40-75微米，制冷层厚度会影响薄膜的辐射制冷能力，该厚度低于40微米，薄膜的大气窗口红外发射率过低，厚度过高，将增加薄膜的太阳辐射吸收率和生产成本。虽然可降解的材料品种很多，但是聚乳酸作为辐射制冷层基体材料具有不限于以下优点的多重优势：1，聚乳酸薄膜具有优异的透明性，可与玻璃纸及PET相媲美，优于低密度聚乙烯薄膜10倍，与普通聚丙烯相比也高了2-3倍，因此可以提高辐射制冷薄膜产品的透光率，降低太阳吸收率；2，极限氧指数较高(LOI＝24-29)，具有良好的阻燃性，燃烧时不释放有毒气体，因此可以使得辐射制冷薄膜产品本身具有一定的阻燃性，提高产品的安全性能；3，聚乳酸具有优良的物理及力学性能，与PET和双向拉伸聚苯乙烯相似，优于普通的聚乙烯和聚丙烯，因此使得辐射制冷薄膜产品的力学性能得到提高，适用于强度要求较高的运用场合；4，原料来源广泛，从甘薯、甜菜、玉米等都可获得聚乳酸的原材料乳酸，从而可以大幅压低可降解辐射制冷薄膜的生产成本。本专利技术中，平滑层位于辐射制冷层和反射层之间，辐射制冷层靠近平滑层一侧的表面凹凸不平，平滑层与辐射制冷层紧密贴合，而平滑层靠近反射层一侧的表面平整光滑，从而使得反射层镀膜更加容易，镀膜更加平整、紧密，提升反射效果。优选地，平滑层采用聚乳酸树脂纯料，其与由聚乳酸树脂构成的辐射制冷层具有高度的相容性，两层膜贴合更紧密，对辐射制冷层表层的凹凸填补效果更佳。平滑层的厚度为5-15微米，厚度低于5微米，填补效果不佳，高于15微米，会加大对太阳辐射的吸收。本专利技术还提供所述辐射制冷薄膜的制备方法，利用流延共挤工艺制得辐射制冷层和平滑层，利用真空蒸镀镀膜制得反射层。最后，本专利技术还保护所述辐射制冷薄膜的用途，用于降低物体的温度，尤其是运用于降低以下物体的表面温度：建筑屋顶，运输车辆，室外电力输送线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辐射制冷薄膜，其特征在于：所述辐射制冷薄膜包括依次设置辐射制冷层，平滑层和反射层，其中，所述辐射制冷层包括聚乳酸树脂基体和分散在聚乳酸树脂基体之中的制冷微粒，所述聚乳酸树脂基体包括聚乳酸、偶联剂和光稳定剂，所述辐射制冷层靠近所述平滑层一侧的表面凹凸不平，所述平滑层与所述辐射制冷层紧密贴合，所述平滑层靠近所述反射层一侧的表面平整光滑。/n

【技术特征摘要】
1.一种辐射制冷薄膜，其特征在于：所述辐射制冷薄膜包括依次设置辐射制冷层，平滑层和反射层，其中，所述辐射制冷层包括聚乳酸树脂基体和分散在聚乳酸树脂基体之中的制冷微粒，所述聚乳酸树脂基体包括聚乳酸、偶联剂和光稳定剂，所述辐射制冷层靠近所述平滑层一侧的表面凹凸不平，所述平滑层与所述辐射制冷层紧密贴合，所述平滑层靠近所述反射层一侧的表面平整光滑。


2.根据权利要求1所述的辐射制冷薄膜，其特征在于：所述辐射制冷层中各组份的重量份为：聚乳酸82-94份，制冷微粒6-18份，偶联剂0.03-0.18份，光稳定剂0.1-1份。


3.根据权利要求2所述的辐射制冷薄膜，其特征在于：所述制冷微粒为二氧化硅，三氧化二铝，二氧化钛或碳化硅中的至少一种，尺寸为1-20微米；优选为二氧化硅和碳化硅混合，尺寸为1-18微米，二者的质量比为1:4至4:1，优选为2:3至3:2；
任选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，KH560，KH570中的至少一种，优选地，所述偶联剂含量为所述制冷微粒重量的0.5-1％；
任选的，所述光稳定剂为UV326、UV329、UV1164、UV5050、SORB2020、UV-P中的一种或两种的组合。


4.根据权利要求1所述的辐射制冷薄膜，其特征在于：所述辐射制冷薄膜的厚度为50-80微米。


5.根据权利要求1所述的辐射制冷薄膜，其特征在于：所述辐射制冷层的厚度为40-75微米。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的辐射制冷薄膜，其特征在于：所述平滑层为聚乳酸树脂层；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈剑洪，林娜，杨戈尔，付鑫，
申请(专利权)人：厦门银蚁新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35