CN109622343A - 一种辐射制冷帘及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辐射制冷帘及其制备方法。该辐射制冷帘包括依次设置的面料层、胶合层、反射层以及辐射制冷层，胶合层用于连接面料层和反射层，反射层适于反射红外光线和可见光，辐射制冷层包括辐射制冷颗粒，辐射制冷颗粒在8～13μm波段具有高发射率，以使得辐射制冷层适于将热量以红外辐射的方式通过“大气窗口”发射出。本发明的辐射制冷帘同时具有反射太阳光和被动制冷的效果，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及辐射制冷技术领域，尤其涉及一种辐射制冷帘及其制备方法。
背景技术
窗帘不仅可以用在建筑物的窗户上，也可以用在汽车等设施上，随着技术的进步，窗帘具有越来越多的功能，比如隔热保温窗帘、防紫外线窗帘等。但是，在室内温度较高的情况下，窗帘反而阻止了室内空气与室外空气的对流，使屋内更闷热。总之，现有的窗帘还难以满足使用者的多种需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种辐射制冷帘及其制备方法，该辐射制冷帘不仅可以遮挡太阳光线，起到隔热作用，还能够将室内的热量以红外线的形式发射出，从而实现对室内的被动降温。
根据本发明的一个方面，提供一种辐射制冷帘，包括依次设置的面料层、胶合层、反射层以及辐射制冷层，所述胶合层用于连接所述面料层和所述反射层，所述反射层适于反射红外光线和可见光，所述辐射制冷层包括辐射制冷颗粒，所述辐射制冷颗粒在8～13μm波段具有高发射率，以使得所述辐射制冷层适于将热量以红外辐射的方式通过“大气窗口”发射出。
进一步地，所述面料层选自以下一种：棉纱布、涤纶布、涤棉混纺、棉麻混纺、无纺布、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯，所述面料层的厚度为0.1～2mm。
进一步地，所述胶合层为PUR热熔胶，所述胶合层的厚度为5～30μm。
进一步地，所述反射层包括至少一层陶瓷材料层，每一所述陶瓷材料层独立地选自氧化铝层、二氧化钛层、二氧化硅层、氧化铌层、氮化硅层、氮化钛层中的一种，每一所述陶瓷材料层的厚度为10～20nm。
进一步地，所述辐射制冷层包括树脂基体以及分散在所述树脂基体中的所述辐射制冷颗粒，所述辐射制冷颗粒选自以下一种或多种：SiC、SiO2、Si3N4、TiO2，所述辐射制冷颗粒的粒径为5～35μm。
进一步地，所述树脂基体为PUR热熔胶，所述辐射制冷层的厚度为5～30μm。
进一步地，所述辐射制冷帘还包括设于所述辐射制冷层外侧的耐候防污层，所述耐候防污层为氟树脂或有机硅树脂，所述耐候防污层的厚度为5～20μm。
进一步地，所述辐射制冷颗粒的一部分位于所述耐候防污层内。
根据本发明的另一个方面，提供一种辐射制冷帘的制备方法，包括以下步骤：
S1，将PUR热熔胶涂覆于面料层上，放置12h～48h，从而在所述面料层上形成胶合层；
S2，采用物理气相沉积的方法将陶瓷材料镀在所述胶合层上，形成反射层；
S3，将包含有辐射制冷颗粒的树脂涂覆于所述反射层上，放置12h～48h，形成辐射制冷层；
S4，将耐候防污的树脂涂覆于所述辐射制冷层上，放置6～24h，形成耐候防污层。
进一步地，所述步骤S2中，在所述胶合层上依次沉积至少一种陶瓷材料，形成至少一陶瓷材料层，每一所述陶瓷材料层独立地选自氧化铝层、二氧化钛层、二氧化硅层、氧化铌层、氮化硅层、氮化钛层中的一种。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)面料层具有花色和图案的一侧可以朝向室内，因此其他层的设置不会影响面料的美观性；
(2)反射层位于胶合层与辐射制冷层之间，其附着力较好，反射层自身的稳定性较好；
(3)辐射制冷帘同时具有反射太阳光和被动制冷的效果，与普通的窗帘相比，最高能降低室内5～10℃，节能环保；
(4)通过在辐射制冷层外再设置耐候防污层，可以进一步保证辐射制冷帘具有较长的使用寿命，其反射和辐射制冷性能能够长时间保持；
(5)辐射制冷帘的耐水性好，多次水洗后，仍可保持良好的反射以及辐射制冷效果。
附图说明
图1为本发明的辐射制冷帘的一个实施例的示意图；
图2为辐射制冷功率测试设备的示意图；
图中：1、面料层；2、胶合层；3、反射层；31、陶瓷材料层；4、辐射制冷层；41、辐射制冷颗粒；5、耐候防污层。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明提供一种辐射制冷帘，包括依次设置的面料层1、胶合层2、反射层3以及辐射制冷层4。本发明的辐射制冷帘可以设置在建筑物的窗内或窗外，或者建筑物的屋顶，或者汽车窗户或天窗上，使用时面料层1朝向室内或者车内。
胶合层2起到连接面料层1和反射层3的作用，反射层3适于反射红外光线和可见光，辐射制冷层4包括辐射制冷颗粒41，辐射制冷颗粒41在8～13μm波段具有高发射率，以使得辐射制冷层4适于将室内或车内的热量以红外辐射的方式通过“大气窗口”发射出。
由科学家对大气光谱透过特性的分析可以知道，大气层对不同波长的电磁波有不同的透射率，透射率较高的波段称为“大气窗口”，其中8～13μm波段是人们最感兴趣的，因为常温下的黑体辐射主要集中在这一段。一些特定的材料可以将其自身热量以8～13μm电磁波的形成通过“大气窗口”排放到温度接近绝对零度的外部太空，达到自身冷却的目的。
现在技术中对辐射制冷材料的利用已经有报道，但是并没有将辐射制冷这一概念引入到窗帘上。本发明创造性地将辐射制冷与日常使用的窗帘结合起来，赋予窗帘辐射制冷的效果，窗帘的使用方式灵活多变，使用者可以根据需要悬挂或摘下窗帘，因此使用者可以结合室内或车内的具体情况选择是否使用辐射制冷帘。当室内或车内温度较高时，可以将辐射制冷帘悬挂在窗户上，利用窗帘的辐射制冷能力，在不消耗其他能源的情况下对室内或车内进行降温，也即使用本发明的辐射制冷帘有利于节约能耗。此外，本发明的辐射制冷帘制备方法简单，成本较低。
本发明的面料层1可以是但不限于：棉纱布、涤纶布、涤棉混纺、棉麻混纺、无纺布、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氨酯合成革。在一些实施例中，面料层1的厚度为0.1～2mm
胶合层2起到连接面料层1与反射层3的作用，反射层3在面料层1上的附着力差，因此先在面料层1的一侧设置胶合层2，然后在胶合层2上设置反射层3，此外，胶合层2的水氧阻隔性能优于面料层1，因此也可以起到保护反射层3的作用。
在一些实施例中，胶合层2采用反应型聚氨酯(PUR)热熔胶，PUR具有不易变形、不易断裂、长期抗紫外线老化能力、耐候性好且环保无公害的优点。
在一些实施例中，胶合层2的厚度为5～30μm。
反射层3通过气相沉积的方式在胶合层2上形成镀膜。气相沉积的方法包括但不限于磁控溅射。
反射层3包括至少一层陶瓷材料层31，每一陶瓷材料层31独立地选自氧化铝层、二氧化钛层、二氧化硅层、氧化铌层、氮化硅层、氮化钛层中的一种。例如，在一些实施例中，反射层3包括氧化铝层；在另一些实施例中，反射层3包括依次设置的氧化铝层、二氧化钛层；在另一些实施例中，反射层3包括依次设置的二氧化钛层、氧化铌层和氮化硅层；在再一些实施例中，反射层3包括依次设置的二氧化钛层、氧化铝层、二氧化硅层、氧化铌层、氮化硅层。以上反射层3的各陶瓷材料层31仅为示例性的列举，本领域的技术人员容易想到的其他组合方式均在本发明的保护范围之内。
在一些实施例中，每一陶瓷材料层31的厚度为10～20nm。
辐射制冷层4包括树脂基体以及分散在树脂基体中的辐射制冷颗粒41，其中辐射制冷颗粒41选自以下一种或多种：SiC、SiO2、Si3N4、TiO2，辐射制冷颗粒41的粒径为5～35μm。
在一些实施例中，辐射制冷层4的树脂基体为PUR热熔胶，辐射制冷层4采用PUR热熔胶有利于提高其在反射层3上的附着力，使得辐射制冷层4不易脱落。
在一些实施例中，辐射制冷层4的厚度为5～30μm。
进一步地，本发明的辐射制冷帘还包括设置在辐射制冷层4外侧的耐候防污层5，耐候防污层5一方面可以增加辐射制冷层4的耐候性，另一方面，由于其光滑的表面，灰尘不易在辐射制冷帘的表面聚集，更有利于辐射制冷层4发挥其作用。
在一些实施例中，耐候防污层5的材料为含氟聚合物或有机硅聚合物。耐候防污层5的材料可以是但不限于：聚四氟乙烯、聚二氟氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚甲基硅树脂、聚乙基硅树脂、聚芳基硅树脂。由于辐射制冷层4的材料为PUR热熔胶，因此耐候防污层5在辐射制冷层4上具有较好的附着力。
在一些实施例中，耐候防污层5的厚度为5～20μm。
在一些实施例中，辐射制冷颗粒41的粒径超过辐射制冷层4的树脂基体的厚度，因此辐射制冷颗粒41的一部分处于耐候防污层5中，此时耐候防污层5起到保护辐射制冷颗粒41的作用，此外，一部分辐射制冷颗粒41处于耐候防污层5中，也有利于提高耐候防污层5在辐射制冷层4上的附着力。
在另一些实施例中，辐射制冷颗粒41完全“埋入”辐射制冷层4的树脂基体中。
本发明提供的辐射制冷帘耐水性好，由于反射层3和辐射制冷层4的两侧分别设置有胶合层2和耐候防污层5，而胶合层2和耐候防污层5的耐水性、水氧阻隔性均较为优异，在水洗过程中，反射层3以及辐射制冷层4不易脱落也不易受损，水洗后，辐射制冷帘仍可保持良好的反射以及辐射制冷效果。
本发明还提供上述辐射制冷帘的制备方法，包括以下步骤：
S1，将PUR热熔胶涂覆于面料层1上，放置12h～48h，从而在面料层1上形成胶合层2；
S2，采用物理气相沉积的方法将陶瓷材料镀在胶合层2上，形成反射层3；
S3，将包含有辐射制冷颗粒的树脂涂覆于反射层3上，放置12h～48h，形成辐射制冷层4。
在一些实施例中，步骤S3之后还包括以下步骤：S4，将耐候防污的树脂涂覆于辐射制冷层4上，放置6～24h，形成耐候防污层5。
步骤S2中，在胶合层2上依次沉积至少一种陶瓷材料，形成至少一陶瓷材料层31，每一陶瓷材料层31独立地选自氧化铝层、二氧化钛层、二氧化硅层、氧化铌层、氮化硅层、氮化钛层中的一种。
【实施例1】
采用以下步骤制备辐射制冷帘：
S1，将PUR热熔胶涂覆于棉纱布上，放置12h～48h，从而在棉纱布上形成胶合层2，胶合层2的厚度为5μm；
S2，采用磁控溅射的方法依次在胶合层2上镀上氧化铝层，形成反射层3，反射层3的厚度为20nm；
S3，将包含有SiC颗粒(SiC粒径为5μm，SiC在辐射制冷层中的质量分数为1％)的PUR热熔胶涂覆于反射层3上，放置12h～48h，形成辐射制冷层4，辐射制冷层4的厚度为5μm；
S4，将有机硅树脂涂覆于辐射制冷层4上，放置6～24h，形成耐候防污层5，防污耐候层5的厚度为5μm。
【实施例2】
采用以下步骤制备辐射制冷帘：
S1，将PUR热熔胶涂覆于棉纱布上，放置12h～48h，从而在棉纱布上形成胶合层2，胶合层2的厚度为5μm；
S2，采用磁控溅射的方法依次在胶合层2上镀上氧化铝层和二氧化钛层，形成反射层3，氧化铝层和二氧化钛层的厚度分别为20nm；
S3，将包含有SiC颗粒(SiC粒径为7μm，SiC在辐射制冷层中的质量分数为0.5％)的PUR热熔胶涂覆于反射层3上，放置12h～48h，形成辐射制冷层4，辐射制冷层4的厚度为5μm；
S4，将有机硅树脂涂覆于辐射制冷层4上，放置6～24h，形成耐候防污层5，防污耐候层5的厚度为5μm。
【实施例3】
采用以下步骤制备辐射制冷帘：
S1，将PUR热熔胶涂覆于无纺布上，放置12h～48h，从而在无纺布上形成胶合层2，胶合层2的厚度为15μm；
S2，采用磁控溅射的方法依次在胶合层2上镀上氧化铝层、二氧化钛层、二氧化硅、氮化硅层，形成反射层3，氧化铝层、二氧化钛层、二氧化硅、氮化硅层的厚度分别为10nm；
S3，将包含有SiO2颗粒(SiO2粒径为7μm，SiO2在辐射制冷层中的质量分数为2％)的PUR热熔胶涂覆于反射层3上，放置12h～48h，形成辐射制冷层4，辐射制冷层4的厚度为15μm；
S4，将有机硅树脂涂覆于辐射制冷层4上，放置6～24h，形成耐候防污层5，防污耐候层5的厚度为10μm。
【实施例4】
采用以下步骤制备辐射制冷帘：
S1，将PUR热熔胶涂覆于涤纶布上，放置12h～48h，从而在涤纶布上形成胶合层2，胶合层2的厚度为30μm；
S2，采用磁控溅射的方法依次在胶合层2上镀上氧化铝层、二氧化钛层、二氧化硅、氮化硅层、氧化铌层、氮化钛层，形成反射层3，氧化铝层、二氧化钛层、二氧化硅、氮化硅层、氧化铌层、氮化钛层的厚度分别为10nm；
S3，将包含有TiO2颗粒和Si3N4(TiO2粒径为20μm，Si3N4粒径为35μm,TiO2与Si3N4在辐射制冷层中的质量分数分别为5％)的PUR热熔胶涂覆于反射层3上，放置12h～48h，形成辐射制冷层4，辐射制冷层4的厚度为30μm；
S4，将有机硅树脂涂覆于辐射制冷层4上，放置6～24h，形成耐候防污层5，防污耐候层5的厚度为20μm。
【实施例5】
采用以下步骤制备辐射制冷帘：
S1，将PUR热熔胶涂覆于涤纶布上，放置12h～48h，从而在涤纶布上形成胶合层2，胶合层2的厚度为30μm；
S2，采用磁控溅射的方法依次在胶合层2上镀上氧化铝层、二氧化钛层、二氧化硅、氮化硅层、氧化铌层、氮化钛层，形成反射层3，氧化铝层、二氧化钛层、二氧化硅、氮化硅层、氧化铌层、氮化钛层的厚度分别为10nm；
S3，将包含有TiO2颗粒和Si3N4(TiO2粒径为20μm，Si3N4粒径为20μm,TiO2与Si3N4在辐射制冷层中的质量分数分别为5％)的PUR热熔胶涂覆于反射层3上，放置12h～48h，形成辐射制冷层4，辐射制冷层4的厚度为30μm。
【对比例1】
采用以下步骤制备窗帘：
S1，将PUR热熔胶涂覆于涤纶布上，放置12h～48h，从而在涤纶布上形成胶合层，胶合层的厚度为30μm；
S2，采用磁控溅射的方法依次在胶合层上镀上氧化铝层，形成反射层，反射层的厚度为100nm；
S3，将有机硅树脂涂覆于反射层上，放置6～24h，形成耐候防污层，防污耐候层5的厚度为20μm。
对以上各实施例以及对比例进行以下性能测试，测试结果见表1：
(1)辐射制冷功率测试：在超材料与环境空气之间所观测的大的温差能够在开放环境中、特别是在环境温度波动较大的白天期间引起严重的对流和传导热量损失。考虑到随不同的边界条件和随机环境参数例如风力引起的强制对流的热量交换的复杂性，我们启用反馈控制系统，以便将超材料表面温度与环境温度保持相同，并且准确评估真实的辐射冷却功率。因环境空气与超材料之间的对流和传导热量交换引起的测量不定性因此被基本上抑制，其中混合超材料完全暴露于空气中，测试设备见下图2，辐射制冷功率为72小时的平均冷却功率。
(2)耐水洗性：使用上开口或前开口家用洗衣机和家用洗涤剂在中等温度条件下(最高60℃)进行洗涤，烘干，测量水洗前后各实施例以及对比例的反射率变化△R(老化前的反射率减去老化后的反射率)和△E发射率变化(老化前的发射率减去老化后的发射率)，
其中反射率的测量：将各实施例以及对比例的帘体放进Perkin Elmer，Lambda950型UV/Vis/NIR Spectrometer中，测量波长范围为400～2500nm波段的反射率，测量间隔为1nm，将400～2500nm波段中帘体的反射率的平均值作为帘体的反射率R；
其中红外辐射率E的测量：使用SOC-100 Hemispherical DirectionalReflectometer测试8～13μm波长的红外辐射率E。
表1
从表1的数据可以看出，实施例1-5的辐射制冷帘的辐射制冷功率远高于对比例1，可见本发明的辐射制冷层能够起到良好的辐射制冷效果。
此外，实施例1-4的反射率R与红外辐射率E在水洗前后的变化很小，而实施例5与对比例1由于未设置耐候防污层5，水洗后帘体的反射率R与红外辐射率E有较大的下降，可见耐候防污层5有利于提高辐射制冷帘的耐水洗性能。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种辐射制冷帘，其特征在于，包括依次设置的面料层、胶合层、反射层以及辐射制冷层，所述胶合层用于连接所述面料层和所述反射层，所述反射层适于反射红外光线和可见光，所述辐射制冷层包括辐射制冷颗粒，所述辐射制冷颗粒在8～13μm波段具有高发射率，以使得所述辐射制冷层适于将热量以红外辐射的方式通过“大气窗口”发射出。
2.根据权利要求1所述的辐射制冷帘，其特征在于，所述面料层选自以下一种：棉纱布、涤纶布、涤棉混纺、棉麻混纺、无纺布、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氨酯合成革，所述面料层的厚度为0.1～2mm。
3.根据权利要求1所述的辐射制冷帘，其特征在于，所述胶合层为PUR热熔胶，所述胶合层的厚度为5～30μm。
4.根据权利要求1所述的辐射制冷帘，其特征在于，所述反射层包括至少一层陶瓷材料层，每一所述陶瓷材料层独立地选自氧化铝层、二氧化钛层、二氧化硅层、氧化铌层、氮化硅层、氮化钛层中的一种，每一所述陶瓷材料层的厚度为10～20nm。
5.根据权利要求1所述的辐射制冷帘，其特征在于，所述辐射制冷层包括树脂基体以及分散在所述树脂基体中的所述辐射制冷颗粒，所述辐射制冷颗粒选自以下一种或多种：SiC、SiO2、Si3N4、TiO2，所述辐射制冷颗粒的粒径为5～35μm。
6.根据权利要求5所述的辐射制冷帘，其特征在于，所述树脂基体为PUR热熔胶，所述辐射制冷层的厚度为5～30μm。
7.根据权利要求1-6任一所述的辐射制冷帘，其特征在于，还包括设于所述辐射制冷层外侧的耐候防污层，所述耐候防污层为氟树脂或有机硅树脂，所述耐候防污层的厚度为5～20μm。
8.一种辐射制冷帘的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将PUR热熔胶涂覆于面料层上，放置12h～48h，从而在所述面料层上形成胶合层；
S2，采用物理气相沉积的方法将陶瓷材料镀在所述胶合层上，形成反射层；
S3，将包含有辐射制冷颗粒的树脂涂覆于所述反射层上，放置12h～48h，形成辐射制冷层；
S4，将耐候防污的树脂涂覆于所述辐射制冷层上，放置6～24h，形成耐候防污层。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，在所述胶合层上依次沉积至少一种陶瓷材料，形成至少一陶瓷材料层，每一所述陶瓷材料层独立地选自氧化铝层、二氧化钛层、二氧化硅层、氧化铌层、氮化硅层、氮化钛层中的一种。
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