CN110774673A

CN110774673A - 一种辐射制冷透射膜

Info

Publication number: CN110774673A
Application number: CN201911075259.1A
Authority: CN
Inventors: 徐绍禹; 张园园; 徐静涛
Original assignee: Ningbo Ruiling New Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo Ruiling New Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2020-02-11
Anticipated expiration: 2039-11-06
Also published as: CN110774673B

Abstract

一种辐射制冷透射膜，包括从外到内依次设置的选择性发射层和选择性发射层；所述选择性反射层包括一层金属层和一层第一非金属层，所述第一非金属层设置在金属层的入射光线的一侧。本发明通过设置有选择性发射层，通过对选择性发射层中高分子树脂、有机微粒、无机微粒的材料和粒径的选择，将热量转化为特定波段的电磁波以辐射的方式传递到宇宙空间去，可以有效地对物体进行降温，其辐射制冷效果更优异，在7μm~14μm波段的发射率为85%以上；还通过设置包括金属层和第一非金属层、第二非金属层的选择性反射层，通过选择性反射层中适当的膜层和膜层厚度的设计，改变入射光的传递状态，即通过多层膜的光学干涉实现透射可见光，反射近红外光的作用。

Description

一种辐射制冷透射膜

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透射膜。

背景技术

地表上物体的热能就是通过辐射换热的，将自身热量以8μm~13μm电磁波的形式通过“大气窗口”排放到温度接近于绝对零度的外部太空，达到自身冷却的目的，通常把这种完全以辐射方式将热量释放到宇宙空间的制冷方式称为辐射制冷。

辐射制冷已经应用到了生活中，但是仅限于在建筑物、运输工具、冷链等不需要透光场合的应用；对于需要透光的场合，如运输工具和建筑物的玻璃等场合，目前是使用传统的窗膜进行隔热降温，其原理是通过阻止太阳光中的近红外光透过窗户进入运输工具内部和建筑物内部，其隔热效果非常有限，且不能将运输工具内部和建筑物内部的热量带出，对于既需要透可见光又需要进行被动式制冷的场合目前没有合适的产品可以适用。

发明内容

本发明所解决的问题是提供了一种辐射制冷透射膜，所述辐射制冷透射膜可以在实现被动式降温的同时实现对可见光的透过。

一种辐射制冷透射膜，包括从外到内依次设置的选择性发射层和选择性反射层；

所述选择性反射层包括金属层和第一非金属层，所述第一非金属层设置于所述金属层的入射光线的一侧。

上述技术方案中，更进一步的是，包括第二非金属层，所述第二非金属层设置于所述金属层的入射光线的另一侧。通过金属层、第一非金属层和第二非金属层的叠加及适当的膜层设计，改变入射光的传递状态，即通过多层膜的光学干涉实现透射可见光，反射近红外光的作用。

上述技术方案中，更进一步的是，所述金属层、所述第一非金属层以及所述第二非金属层的厚度均在0.1nm~50nm之间。

上述技术方案中，更进一步的是，所述金属层材料为Ag、Al、Cu中的一种或多种；所述第一非金属层和/或所述第二非金属层的材料为ITO、GTO、ATO、MoO₃、WO₃、AZO、TiO₂、SiO₂、Ti、ZnO、Al₂O₃、NiCr、MgF₂中的一种或多种。

上述技术方案中，更进一步的是，所述选择性发射层包括高分子树脂和分散于高分子树脂中的有机微粒和/或无机微粒，所述有机微粒和无机微粒的粒径均为1μm ~40μm，所述有机微粒和/或无机微粒在所述选择性发射层中的质量比为0~10%。

上述技术方案中，更进一步的是，所述有机微粒为包括具有C-O、C-O-C、C-Cl、C-F、C-N、C-Si、Si-O中至少一种官能团的聚合物中的至少一种；所述无机微粒具有SiO₃ ^2-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-、Si-O中至少一种官能团，或者所述无机微粒为金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物中的至少一种。

上述技术方案中，更进一步的是，所述有机微粒为PVC、PMMA、PC、PS、EVA、POE、PP、PE、PET、PBT、TPX、PTFE中的一种或多种，所述无机微粒为硅酸铝、碳酸钙、珠光粉、硫酸钡、二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化锆、氧化铈、氧化镧、氧化铑、氧化镁、钛白粉、硫化锌、陶瓷粉、陶瓷珠、玻璃珠中的一种或多种。

上述技术方案中，更进一步的是，还包括保护层、粘结层和离型保护层中的至少一种，所述保护层设置于所述选择性发射层外侧设置有保护层；所述粘结层和所述离型保护层依次设置于所述选择性反射层内侧。

上述技术方案中，更进一步的是，所述保护层包括：耐候层、防刮层、疏水层中的至少一种，所述耐候层、防刮层和所述疏水层均为高分子材料层。设置有多层可以防刮、疏水的多层结构，有效地防护辐射制冷透射膜。

上述技术方案中，更进一步的是，还包括中间层，所述中间层设置于所述选择性发射层与所述选择性反射层之间，所述中间层中含有染料。增加染料使得辐射制冷透射膜颜色种类多样，更加美观。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置有选择性发射层，通过对选择性发射层中高分子树脂、有机微粒、无机微粒的材料和粒径的选择，将热量转化为特定波段（7μm ~14μm）的电磁波以辐射的方式传递到宇宙空间去，可以有效地对物体进行降温，其辐射制冷效果更优异，在7μm ~14μm波段的发射率为85%以上；

2、本发明的辐射制冷透射膜还通过设置包括金属层和非金属层的选择性反射层，通过选择性反射层中适当的膜层和膜层厚度的设计，改变入射光的传递状态，即通过多层膜的光学干涉实现透射可见光，反射近红外光的作用；

3、本发明的辐射制冷透射膜可应用在建筑物和交通工具的窗户等需要透光的场合，并且具有被动式的辐射制冷作用，相对于传统的不透光的反射型的辐射制冷薄膜，扩大了其应用领域，相对于传统的窗膜，本发明的窗膜具有被动式的辐射制冷作用，节能环保；

4、本发明的辐射制冷透射膜对紫外光的阻隔率达到90%以上，对近红外光的反射率达到30%以上，可见光的透射率达到50%以上，可以根据应用场所对可见光的要求对选择性反射层的膜层进行设计，使可见光透射率可以在50%~80%之间进行选择。

附图说明

图1为本发明所述辐射制冷透射膜的示意图。

图2为本发明所述辐射制冷透射膜的结构示意图。

图3为本发明所述辐射制冷透射膜的保护层结构示意图。

图4为本发明所述辐射制冷透射膜的选择性反射层的一种结构示意图。

图5为本发明所述辐射制冷透射膜的选择性反射层的另一种结构示意图。

具体实施方式

以下实施例结合附图对本发明进一步详细描述。

如图1所示，本发明所述辐射制冷透射膜从外到内依次设置的选择性发射层2、和选择性反射层4。所述辐射制冷透射膜对紫外光的阻隔率达到90%以上，对近红外光的反射率达到30%以上，对可见光的透射率达到50%以上，并且具有被动式的辐射制冷效果。

如图2所示，本发明所述辐射制冷透射膜从外到内包括依次设置的保护层1、选择性发射层2、中间层3、选择性反射层4、粘结层5和离型保护膜层6。

如图3所示，保护层1从外到内包括耐候层11、防刮层12、疏水层13，耐候层11、防刮层12、疏水层13的材料分别为具有耐候、防刮、疏水性能的高分子材料，具有耐候、防刮、疏水性能的高分子材料可以为含氟树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂或硅氧树脂，耐候层11、防刮层12、疏水层13的厚度均在2μm~30μm之间；为防止紫外线对本发明所述辐射制冷透射膜的破坏，可在耐候层11、防刮层12、疏水层13中添加紫外线吸收剂，紫外线吸收剂可以为ATO，ITO。在一些实施例中，所述辐射制冷透射膜可以选择性的设置耐候层11、防刮层12、疏水层13中的一层或多层，也可以将具有耐候、防刮、疏水性能的高分子材料设置为一层。

选择性发射层2的材料为高分子树脂，厚度在20μm ~1000μm之间，优选为，厚度在50μm ~200μm之间；高分子树脂为PVC、PMMA、PC、PS、EVA、POE、PP、PE、PET、PBT、TPX、PTFE中的一种或多种；优选为双向拉伸的高分子树脂层；更进一步的，优选为双向拉伸的PET、PP、PE、PBT、TPX、PTFE，选择双向拉伸的高分子树脂层的优势为：①双向拉伸的高分子树脂层提供了最佳的聚合物分子的刚度与强度；②双向拉伸同时使高分子树脂层拥有较高的结晶度，为薄膜提供了更高的阻隔性及化学稳定性；

双向拉伸膜拥有较低的光散射，提高了薄膜的清晰度。

高分子树脂中添加有有机微粒和/或无机微粒或其二者组合；本实施例中，无机微粒为含有SiO₃ ^2-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-、Si-O中至少一种官能团的无机微粒或者金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物中的至少一种，所述有机微粒为含有C-O、C-O-C、C-Cl、C-F、C-N、C-Si、Si-O中至少一种官能团的聚合物中的至少一种；更进一步的，所述有机微粒为PVC、PMMA、PC、PS、EVA、POE、PP、PE、PET、PBT、TPX、PTFE中的一种或多种，所述无机微粒为硅酸铝、碳酸钙、珠光粉、硫酸钡、二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化锆、氧化铈、氧化镧、氧化铑、氧化镁、钛白粉、硫化锌、陶瓷粉、陶瓷珠、玻璃珠中的一种或多种，有机微粒和无机微粒的粒径均为1μm ~40μm，优选为有机微粒和无机微粒的粒径均为3μm ~15μm，更优选为有机微粒和无机微粒的粒径相差在±2μm，当选择性发射层2中微粒的粒径相当时，其在选择性发射层2中的团聚现象会弱化，使得选择性发射层2中微粒的分散更均匀，选择性发射层2的发射率更高，7μm~14μm的发射率达到88%以上。

有机微粒和/或无机微粒在选择性发射层中的质量比为0~10%，优选地，有机微粒和/或无机微粒在选择性发射层中的质量比为2%~8%。

由于在选择性发射层2中添加有有机或无机微粒，选择性发射层在7μm ~14μm波段的发射率为80%以上，可见光波段的透光率为80%以上，选择性发射层的作用为将热量转化为特定波段（7μm ~14μm）的电磁波，以辐射方式把物体的热量通过地球大气窗口辐射到宇宙空间，从而达到降温的目的，可以在零能耗的情况下实现对物体的被动式辐射制冷，物体包括建筑物、运输工具等，选择性发射层通过设置在建筑物玻璃、运输工具窗户上，不仅不会阻挡室外的光线进入物体内部，还能实现对物体内部的被动式降温，节能环保。

中间层3的厚度在2μm ~60μm之间，中间层3的材料为含氟树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、硅氧树脂中的一种或多种，进一步的，中间层3中添加有染料，染料占中间层3的质量比为0.2%~2%，所述染料为荧光染料，优选地，所述的荧光染料含有发射荧光的羰基、氮氮双键或碳氮双键中的一种或多种基团的化合物。

染料的使用可以使辐射制冷透射膜呈现不同的颜色，根据中间层3中添加染料的不同，可以使辐射制冷透射膜的颜色种类多样，更加美观，且染料的添加对辐射制冷透射膜的性能基本不会造成影响。

如图4或5所示，为选择性反射层4的两种示意图；选择性反射层4包括金属层41和设置在金属层41入射光线一侧的第一非金属层42，或者设置在金属层41入射光线一侧的第一非金属层42和入射光线一侧的另一侧的第二非金属层43，所述金属层41、第一非金属层42和第二非金属层的叠加设置用于改变光的传递状态，通过光的干涉实现可见光透过、近红外光反射；

如图4所示，为选择性反射层4的一种结构示意图，第一非金属层42设置在金属层41的外侧（本实施例的内侧与外侧是指，将辐射制冷透射膜贴在物体上使用时，面向物体的一侧为内侧）；如图5所示，为选择性反射层4的另一种结构示意图，第一非金属层42和第二非金属层43分别设置在金属层41的两侧；

金属层41、第一非金属层42、第二金属层43的厚度均在0.1nm~50nm之间，金属层41的厚度优选为在5nm~30nm之间，第一非金属层42、第二金属层43的厚度优选为在5nm~20nm之间；通过磁控溅射工艺，在基材表面溅镀多层金属层和非金属膜层，可以改变入射光的传递状态，即通过多层膜的光学干涉实现透射可见光，反射近红外光的作用；

也就是说，至少一层第一非金属层42必须设置在金属层41的外侧，相对于只设置金属层41的薄膜，当光线射入时，利用薄膜干涉，使得更多的可见光透过金属层41，使得贴有辐射制冷透射膜的车或房间内更明亮；具体地，当光线进入到第一非金属层42时，透过第一非金属层42入射金属层41时，一部分被金属层41反射，一部分透过第一金属层42，被反射的部分光线射向第一非金属层42的内侧，经过反射再次入射金属层41，这样，光线的叠加使得透过金属层41的可见光增加，相对于贴有只设置了金属层41的薄膜的车或房间，贴有辐射制冷透射膜的车或房间内更明亮；由于至少一层第一非金属层42必须设置在金属层41的外侧，相对于只设置金属层41的薄膜，其反射紫外光和近红外光的能力更强，相对于贴有只设置了金属层41的薄膜的车或房间，贴有辐射制冷透射膜的车或房间内温度更低。

其中，金属层41的材料为Ag、Al、Cu中的一种或多种，优选为Ag或Al，更优选为Ag，非金属层的材料为ITO、GTO、ATO、MoO₃、WO₃、AZO、TiO₂、SiO₂、Ti、ZnO、Al₂O₃、NiCr、MgF₂中的一种或多种，优选为ITO、GTO、ATO、MoO₃、WO₃、AZO、TiO₂、SiO₂、ZnO、Al₂O₃中的一种或多种，更优选为ITO、GTO、ATO、MoO₃、WO₃、AZO、SiO₂、ZnO中的一种或多种。

粘结层5的厚度在1μm ~30μm之间，其材料为聚氨酯类压敏胶、丙烯酸类压敏胶、环氧树脂中的至少一种。其作用是将辐射制冷透射膜粘接于需要降温的物体上，在膜与物体之间形成很强的机械粘结与化学粘接，粘结层5还具有耐高温, 防氧化,耐UV辐照以及耐溶剂的作用，并且可在室温条件下发粘；离型保护膜层设置在粘结层的外面，离型保护膜层的设置用来为粘结层提供临时的防护。

离型保护膜层6的材料为PET，实际使用中不起作用因而无需光学级；其与粘结层5接触面涂覆有硅酮类润滑剂防止粘连。

本发明的辐射制冷透射膜对紫外光的阻隔率达到90%以上，对近红外光的反射率达到30%以上，可见光的透射率达到50%以上，可以根据应用场所对可见光的要求对近红外光反射层的配方进行调整，使可见光透射率可以在50%~80%之间进行选择。

实施例1：一种辐射制冷透射膜从外到内包括耐候层11、选择性发射层2、选择性反射层4，所述选择性发射层2的材质为双向拉伸的PET，厚度为50μm，所述选择性发射层2内部有粒径为5μm的PTFE和粒径为3μm的硫酸钡，所述硫酸钡和PTFE的质量比为2：1，所述硫酸钡和PTFE在选择性发射层2中的质量比为2%，所述选择性反射层4从外到内包括一层第一非金属层42和一层金属层41，所述金属层41的材质为Ag，厚度为30nm，所述第一非金属层42的材质为ITO，厚度为20nm，所述耐候层11为20μm厚的含氟树脂，里面添加有0.5%质量比的ATO紫外线吸收剂。

实施例2：一种辐射制冷透射膜从外到内包括选择性发射层2、选择性反射层4，所述选择性发射层2的材质为PTFE，厚度为200μm，所述选择性发射层2内部有粒径为15μm的TPX，所述TPX在选择性发射层2中的质量比为8%，所述选择性反射层4从外到内包括一层第一非金属层42、一层金属层41、一层第二非金属层43，所述金属层41的材质为Al，厚度为5nm，所述第一非金属层42的材质均为SiO₂、第二非金属层43的材质均为ZnO，所述第一非金属层42和第二金属层43的厚度均为5nm。

实施例3：一种辐射制冷透射膜从外到内包括选择性发射层2、选择性反射层4，所述选择性发射层2的材质为TPX，厚度为20μm，所述选择性发射层2内部有粒径为1μm的钛白粉，所述钛白粉在选择性发射层2中的质量比为8%，所述选择性反射层4从外到内包括一层第一非金属层42和一层金属层41，所述金属层41的材质为Al，厚度为20nm，所述第一非金属层42的材质为SiO₂，厚度为10nm。

实施例4：一种辐射制冷透射膜从外到内包括选择性发射层2、选择性反射层4，所述选择性发射层2的材质为PP，厚度为1000μm，所述选择性发射层2内部有粒径为40μm的硅酸铝，所述硅酸铝在选择性发射层2中的质量比为10%，所述选择性反射层4从外到内包括一层第一非金属层42、一层金属层41、一层金属层41、一层第二非金属层43，所述金属层41的材质均为Cu，厚度均为50nm，所述第一非金属层42和第二金属层43的材质均为WO₃，厚度均为50nm。

实施例5：一种辐射制冷透射膜从外到内包括选择性发射层2、选择性反射层4，所述选择性发射层2的材质为PE，厚度为100μm，所述选择性发射层2内部有粒径为7μm的PTFE和粒径为3μm的硫酸钡，所述PTFE和硫酸钡质量比为1：1，所述PTFE和硫酸钡在选择性发射层2中的质量比为5%，所述选择性反射层4从外到内包括一层第一非金属层42、一层金属层41、一层第二非金属层42、一层金属层41，所述金属层41的材质均为Ag，厚度均为0.1nm，所述第一非金属层42和第二非金属层43的材质均为GTO，厚度均为0.1nm。

实施例6：实施例6与实施例1的区别在于，在选择性发射层2和选择性反射层4中间还包括一层中间层3，所述中间层3为20μm的聚氨酯树脂层，且所述中间层3中添加了0.5%质量比的染料。

对比例1：对比例1与实施例1的区别在于选择性反射层4只包括了一层金属层41。

对比例2：3M公司RE50NIARL型隔热膜。

对比例3：瑞凌公司Radi-Cool辐射制冷反射膜。

测试由上述实施例和对比例的薄膜的反射率和发射率，性能如表1所示。

由上表可知，本发明实施例的辐射制冷透射膜对紫外光的阻隔率达到90%以上，对近红外光的反射率达到30%以上，可见光的透射率达到50%以上，在7μm~14μm波段的发射率达到了85%以上，具有优异的被动式辐射制冷效果。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种辐射制冷透射膜，其特征在于，包括从外到内依次设置的选择性发射层（2）和选择性反射层（4）；

所述选择性反射层（4）包括金属层（41）和第一非金属层（42），所述第一非金属层（42）设置于所述金属层（41）的入射光线的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种辐射制冷透射膜，其特征在于，还包括第二非金属层（43），所述第二非金属层（43）设置于所述金属层（41）的入射光线的另一侧。

3.根据权利要求2所述的一种辐射制冷透射膜，其特征在于，所述金属层（41）、所述第一非金属层（42）以及所述第二非金属层（43）的厚度均在0.1nm~50nm之间。

4.根据权利要求2所述的一种辐射制冷透射膜，其特征在于，所述金属层（41）材料为Ag、Al、Cu中的一种或多种；所述第一非金属层（42）和/或所述第二非金属层（43）的材料为ITO、GTO、ATO、MoO₃、WO₃、AZO、TiO₂、SiO₂、Ti、ZnO、Al₂O₃、NiCr、MgF₂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种辐射制冷透射膜，其特征在于，所述选择性发射层（2）包括高分子树脂和分散于高分子树脂中的有机微粒和/或无机微粒，所述有机微粒和无机微粒的粒径均为1μm ~40μm，所述有机微粒和/或无机微粒在所述选择性发射层（2）中的质量比为0~10%。

6.根据权利要求5所述的一种辐射制冷透射膜，其特征在于，所述有机微粒为包括具有C-O、C-O-C、C-Cl、C-F、C-N、C-Si、Si-O中至少一种官能团的聚合物中的至少一种；所述无机微粒具有SiO₃ ^2-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-、Si-O中至少一种官能团，或者所述无机微粒为金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的一种辐射制冷透射膜，其特征在于，所述有机微粒为PVC、PMMA、PC、PS、EVA、POE、PP、PE、PET、PBT、TPX、PTFE中的一种或多种，所述无机微粒为硅酸铝、碳酸钙、珠光粉、硫酸钡、二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化锆、氧化铈、氧化镧、氧化铑、氧化镁、钛白粉、硫化锌、陶瓷粉、陶瓷珠、玻璃珠中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种辐射制冷透射膜，其特征在于，还包括保护层（1）、粘结层（5）和离型保护层（6）中的至少一种，所述保护层（1）设置于所述选择性发射层（2）外侧设置有保护层（1）；所述粘结层（5）和所述离型保护层（6）依次设置于所述选择性反射层（4）的内侧。

9.根据权利要求8所述的一种辐射制冷透射膜，其特征在于，所述保护层（1）包括：耐候层（11）、防刮层（12）、疏水层（13）中的至少一种，所述耐候层（11）、所述防刮层（12）和所述疏水层（13）均为高分子材料层。

10.根据权利要求1所述的一种辐射制冷透射膜，其特征在于，还包括中间层（3），所述中间层（3）设置于所述选择性发射层（2）与所述选择性反射层（4）之间，所述中间层（3）中含有染料。