一种具有辐射冷却性能的聚合物共混物多孔材料及其制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种具有辐射制冷性能的聚合物共混物多孔材料及其制备方法，涉及功能材料技术领域。具体是结合聚碳酸酯与聚二甲基硅氧烷在大气窗口(8～13μm)范围内吸收峰位置的不同，两者产生的协同作用提高了多孔材料的红外发射能力。此外，本发明专利技术通过溶液共混后相分离的方法，诱导产生内部相互连通的微纳米多级孔结构，赋予了多孔泡沫强烈的太阳光反射能力，本发明专利技术获得的聚合物共混物多孔材料具有优异的辐射冷却性能，生产成本低，加工工艺简单，并具有良好的可控性以及一定的自清洁性能，可应用于房屋外侧，在无能源输入的情况下起到降温节能的作用。下起到降温节能的作用。下起到降温节能的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种具有辐射冷却性能的聚合物共混物多孔材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于功能性材料
，具体涉及一种应用于辐射冷却领域的聚合物共混物多孔材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]自工业革命以来，人类快速发展过程中向大气排放了大量的温室气体，导致全球气温逐渐升高，引起冰川溶解，生态环境破坏，能源消耗增加等诸多不利影响，据IPCC报道，为实现《巴黎协议》制定的将全球温度变化限制在1.5℃的气候目标，全球碳排放须在2025年达到顶峰，在2030年前减少43％，因此节能减排是人类与世界和谐发展的必然要求。在现实生活中，由于人们对舒适生活环境的追求，夏季制冷所需能源消耗占总能耗的比例也在逐年增加；然而，如空调等传统制冷系统不仅消耗大量能源，其使用的氢氟烃等制冷剂产生的温室气体暖化效应远高于二氧化碳，换而言之，制冷反而让我们的世界更热了。因此寻找高效，无污染的冷却方式是必不可少的。
[0003]一种新型的无电冷却技术，被动式日间辐射冷却(PDRC)，其可以通过结构设计实现对光谱的选择性调控，一方面，隔绝太阳短波辐射(0.3～2.5μm)带来的能量输入，另一方面，利用大气长波红外透明窗口(8
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13μm)，将多余热量以热辐射的形式传递到寒冷的外太空，从而实现无能耗的自发降温行为。在建筑物冷却中，强太阳辐射给空调降温带来极大的热负荷，因此结合日间辐射冷却材料可以有效降低制冷所需能耗。
[0004]聚碳酸酯(PC)是内部富含碳酸酯基的高分子化合物，其加工工艺成熟，性能优异，是世界五大通用工程塑料之一。其良好的稳定性与透明性使其在光学器件中得到了广泛的应用，如宇航服的面窗，精密仪器的光学透镜等。此外，聚碳酸酯在太阳光谱的低吸收以及内部富含C
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O
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C官能团，使其在辐射冷却领域有良好的应用潜力，但如今却很少有相关报道。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种绿色无污染的有机化合物，常用于超疏水，化妆品，辐射制冷等领域。如今大部分的辐射冷却材料，如光子晶体，超材料等，制备过程相对复杂，所需设备成本也较高，因此寻找工艺简单，成本低廉的辐射冷却材料制备方法仍是一个难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种具有日间辐射冷却性能聚合物共混物多孔材料及其制备方法。所获得的聚合物共混物多孔泡沫具有较强的太阳反射能力与较强的中红外发射能力，用于房屋外侧可实现被动降温的功能，且易安装，易拆卸，避免寒冷冬季造成不利的热量输出，生产成本低，操作简单，并具有良好的可控性。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种聚碳酸酯/聚二甲基硅氧烷聚合物共混物多孔材料，通过下述制备方法获得，包括以下步骤：
[0008](1)将聚二甲基硅氧烷、固化剂，与聚碳酸酯颗粒，不良溶剂溶于有机溶剂中得到
均质透明溶液；
[0009](2)步骤(1)所得溶液倒入模具，放入冰箱冷冻形成内部相互连通的多孔结构；
[0010](3)步骤(2)所得多相混合物通过冷冻干燥去除溶剂与不良溶剂，得到内部富含微纳米多级孔结构的聚合物共混物泡沫材料。
[0011]步骤(1)中，分散时先将聚二甲基硅氧烷与固化剂溶于有机溶剂10min，使得聚二甲基硅氧烷在有机溶剂中均匀分散，再加入聚碳酸酯颗粒搅拌1.5～3h，直至溶解为均质透明溶液。期间搅拌温度为50～70℃，搅拌速率为150～300r/min。
[0012]所述步骤(1)中有机溶剂为1，4
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二氧六环或四氢呋喃，不良溶剂为去离子水或乙醇。
[0013]优选的，所述有机溶剂为1，4
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二氧六环，不良溶剂为去离子水，搅拌时间为1.5h，搅拌温度为60℃，搅拌速率为200r/min。
[0014]步骤(1)中，不良溶剂的滴加速度不超过0.01ml/s。
[0015]步骤(1)中，分散液中聚碳酸酯的质量分数优选为5.3～5.6wt％；聚二甲基硅氧烷的质量分数为1.8～5.3wt％；固化剂的质量为聚二甲基硅氧烷质量的10％～20％，不良溶剂的体积为溶剂体积的2.63％。
[0016]步骤(2)中，搅拌至均质透明液体后，可将溶液倒入玻璃模具中，以倒入直径7.5cm的培养皿为例，可控制溶液高度为5mm，在冰箱
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15～
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20℃下冷冻定型。
[0017]优选的，冷冻温度为
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18℃。
[0018]步骤(3)中，采用冷冻干燥机去除溶剂与不良溶剂，温度设定
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75～
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80℃、真空度保持20Pa以下，干燥时间为48
‑
96h。
[0019]优选的，冷冻温度为
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78℃，真空度保持在18Pa，干燥时间为72h。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0021]1、本专利技术制备的聚合物共混物多孔材料结合聚碳酸酯与聚二甲基硅氧烷在大气窗口内吸收峰的不同，提高了材料对光谱的选择性。并且采用传统溶液共混的方法，在较宽泛的工艺参数中，材料仍保持良好的太阳反射率与红外热发射率；
[0022]2、本专利技术制备的聚合物共混物多孔泡沫呈亮白色，计算可得其在太阳光谱的平均反射率为95％～97％，在大气窗口的平均发射率为87％～91％。
[0023]3、本专利技术制备的聚合物共混物多孔泡沫，在阳光直射下自发的降低自身温度，相比环境降低7.4℃，在夜间无太阳能量输入时相比环境温度降低9.1℃，能够在炎热环境下起到降温节能的作用。
[0024]4、辐射冷却材料需要放置在室外，因此受粉尘，雨水侵蚀等影响，聚二甲基硅氧烷的加入降低了材料的表面能，使其具有一定的疏水性能，因此材料具有一定的自清洁能力，解决了传统辐射冷却材料易受污染，从而失效的问题。
[0025]5、本专利技术方法操作简便，成本低廉，周期短，适于工业化推广应用。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1制备的聚合物共混物多孔泡沫的扫描电镜图以及孔径分布图；
[0027]图2为本专利技术中实施例1，实施例2以及对比例1制备的多孔材料测量的太阳反射光
谱与中红外发射光谱；
[0028]图3为本专利技术实施例1与对比例2制备的聚合物共混物多孔泡沫的太阳反射光谱；
[0029]图4a为本专利技术实施例1与对比例3做屋顶的房屋模型照片；
[0030]图4b为本专利技术实施例1与对比例3分别做屋顶的房屋在100mW/cm2光照强度下房间内部的实时温度对比图；
[0031]图4c，d为本专利技术实施例1与对比例3做屋顶的房屋在有无光照时的房屋红外热成像对比图；
[0032]图5a为本专利技术实施例1和对比例1作为辐射冷却器在室外测试的装置示意图；
[0033]图5b为室外测试过程中的光照强度以及相对湿度曲线；
[0034]图5c为本专利技术实施例1和对比例1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有辐射冷却性能的聚合物共混物多孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将聚二甲基硅氧烷、固化剂，与聚碳酸酯颗粒，不良溶剂溶于有机溶剂中得到均质透明溶液；(2)步骤(1)所得溶液倒入模具，低温冷冻后形成内部互连通的多孔结构；(3)步骤(2)所得多相混合物通过冷冻干燥去除溶剂与不良溶剂，得到内部富含微纳米多级孔结构的聚合物共混物泡沫材料。2.如权利要求1所述的聚合物共混物多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，先将聚二甲基硅氧烷与固化剂溶于有机溶液中搅拌10min分散均匀，然后将聚碳酸酯颗粒倒入溶液中搅拌1.5～3h，搅拌温度保持在60℃，搅拌速率为150～300r/min；再缓慢滴入不良溶剂，滴加速率低于0.01ml/s。3.如权利要求1所述的聚合物共混物多孔材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中有机溶剂为1，4
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二氧六环或四氢呋喃，不良溶剂为去离子水或无水乙醇。4.如权利要求1所述的聚合物共混物多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，均质溶液中聚碳酸酯的质量分数为5.3～5.6wt％；聚二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宪虎，王铁成，潘亚敏，刘春太，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：