CN111704750A - 单层双面非对称多孔辐射降温薄膜、制备方法及其应用 - Google Patents

单层双面非对称多孔辐射降温薄膜、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法，采用非溶剂致相分离法得到具有微米尺度孔洞结构的醋酸纤维素多孔聚合物基底材料，同时通过重力自沉积法将光谱调节微米氧化物粒子定向富集于醋酸纤维素多孔聚合物基底材料的单面上，制得单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。本发明还提供了一种单层双面非对称多孔辐射降温薄膜及其应用。本案单层双面非对称多孔辐射降温薄膜具有较高的太阳光反射率和中红外辐射率，同时具有简单的制备工艺等优点，适合大规模低成本制造而且可独立自支撑。

Description

单层双面非对称多孔辐射降温薄膜、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于被动式降温材料领域，具体涉及一种单层双面非对称多孔辐射降温薄膜、制备方法及其应用。
背景技术
建筑能耗约占发展中国家社会总能耗的20％～40％，其中，建筑物内部维持温度所消耗的能源在建筑能耗中占据较大比例。若采用空调调节室内温度，制冷温度提高2℃，制冷负荷将减少约20％。因此若采用新型降温材料，在不消耗额外能源的条件下实现建筑物的降温，可大幅降低建筑物的能耗。
辐射降温是指功能材料通过对太阳光的高反射率及中红外的高辐射率，将热量以电磁波的方式通过“大气窗口”传递到外太空，从而实现辐射降温的过程。
现有技术中，专利CN110305539A、CN208821312U、CN110103559A和CN108641155A中分别介绍了一种辐射降温材料的制备方法及其应用，虽具有一定的辐射降温效果，但其均需分层构筑的工艺，多层结构会增加其重量，对搭建支撑架构会有更高的要求而且操作工艺复杂要求高，辐射降温效果有限而且成本高；还有将功能材料涂刷在建筑物的外墙进行降温，降温效果一般。
综上所述，一种易于大规模低成本制造、降温效果好且可独立自支撑的单层辐射降温功能材料亟待开发。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法以达到易于大规模低成本制造、降温效果好且可独立自支撑的单层辐射降温功能材料的目的。
发明的目的还在于采用单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法制得一种单层双面非对称多孔辐射降温薄膜；
发明的目的还在于提供一种单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的应用。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法，采用非溶剂致相分离法得到具有微米尺度孔洞结构的醋酸纤维素多孔聚合物基底材料，同时通过重力自沉积法将光谱调节微米氧化物粒子定向富集于醋酸纤维素多孔聚合物基底材料的单面上，制得单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
优选的，包括以下步骤：
步骤1，在烧杯中配置丙酮/水溶液、丙酮/N,N-二甲基乙酰胺溶液、四氢呋喃/水溶液或四氢呋喃/N,N-二甲基乙酰胺溶液，以100rpm～1000rpm的转速进行搅拌使溶液混合均匀，制得溶解溶液；
步骤2，称取适量醋酸纤维素粉末，加入到步骤1的所述溶解溶液中，并继续以100rpm～1000rpm的转速搅拌1～48h，得到澄清透明溶液；
步骤3，称取适量光谱调节微米氧化物，加入步骤2的所述澄清透明溶液中，保持烧杯封口状态，继续以100rpm～1000rpm的转速磁力搅拌1～48h，得到乳白色悬浊液；
步骤4，取步骤3的乳白色悬浊液倒入培养皿中，自然挥发干燥或烘箱鼓风干燥6～48h，得到单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
优选的，步骤1中搅拌方式为磁力搅拌或机械搅拌。
优选的，步骤1丙酮与水的体积比为5:1～100:1；丙酮与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为2:1～100:1。
优选的，所述步骤1中，四氢呋喃与水的体积比为5:1～100:1；四氢呋喃与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为2:1～100:1。
优选的，步骤2中醋酸纤维素粉末质量为0.5～10g；醋酸纤维素分子量1～10W。
优选的，步骤3中光谱调节微米氧化物为二氧化钛、三氧化铝、二氧化硅、氧化镁或氧化钇；所述光谱调节微米氧化物的质量为0.05～10g；光谱调节微米氧化物的粒径为1～20μm。
优选的，培养皿直径为50～500mm，薄膜厚度50～500μm。
采用上述制备方法制得的单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
采用所述单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的应用，单层双面非对称多孔辐射降温薄膜独立自撑于待降温物体之外作为降温材料使用或者在所述辐射降温薄膜成膜前以液态状涂覆于待降温物体表面晾干作为降温材料使用。
本案所述单层双面非对称多孔辐射降温薄膜及其制备方法具有以下有益效果：
1)本发明辐射降温薄膜实现单层结构，适用于自支撑工况，制备工艺简单并且易于大规模低成本制造；
2)本发明辐射降温薄膜兼具微米尺度的多孔结构和微米氧化物向单面定向富集的双面非对称结构；
3)本发明辐射降温薄膜具有双面非对称光谱特性同时具有较高的太阳光反射率和中红外辐射率等优点。
附图说明
图1为实施例1中制备得到的单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的太阳光反射及中红外辐射光谱图(横坐标表示以微米为单位的光谱波长，纵坐标表示0-100％范围的光谱反射率；左侧背景为AM 1.5标准太阳光谱数据，右侧背景为大气光谱透过率数据；CAS-T为本发明薄膜未沉积二氧化硅一面的反射光谱(0.3-20μm)，CAS-B为本发明薄膜沉积二氧化硅一面的反射光谱)。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
本发明提供一种单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法，采用非溶剂致相分离法得到具有微米尺度孔洞结构的醋酸纤维素多孔聚合物基底材料，同时通过重力自沉积法将光谱调节微米氧化物粒子定向富集于醋酸纤维素多孔聚合物基底材料的单面上，制得单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
具体包括以下步骤：
步骤1，在烧杯中配置丙酮/水溶液、丙酮/N,N-二甲基乙酰胺溶液、四氢呋喃/水溶液或四氢呋喃/N,N-二甲基乙酰胺溶液，以100rpm～1000rpm的转速进行搅拌使溶液混合均匀，制得溶解溶液；
步骤2，称取适量醋酸纤维素粉末，加入到步骤1的所述溶解溶液中，并继续以100rpm～1000rpm的转速搅拌1～48h，得到澄清透明溶液；
步骤3，称取适量光谱调节微米氧化物，加入步骤2的所述澄清透明溶液中，保持烧杯封口状态，继续以100rpm～1000rpm的转速磁力搅拌1～48h，得到乳白色悬浊液；
步骤4，取步骤3的乳白色悬浊液倒入培养皿中，自然挥发干燥或烘箱鼓风干燥6～48h，得到单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
步骤1中搅拌方式为磁力搅拌或机械搅拌。
步骤1丙酮与水的体积比为5:1～100:1；丙酮与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为2:1～100:1。
所述步骤1中，四氢呋喃与水的体积比为5:1～100:1；四氢呋喃与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为2:1～100:1。
步骤2中醋酸纤维素粉末质量为0.5～10g；醋酸纤维素分子量1～10W。
步骤3中光谱调节微米氧化物为二氧化钛、三氧化铝、二氧化硅、氧化镁或氧化钇；所述光谱调节微米氧化物的质量为0.05～10g；光谱调节微米氧化物的粒径为1～20μm。
培养皿直径为50～500mm，薄膜厚度50～500μm。
采用上述制备方法制得的单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
采用所述单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的应用，单层双面非对称多孔辐射降温薄膜独立自撑于待降温物体之外作为降温材料使用或者在所述辐射降温薄膜成膜前以液态状涂覆于待降温物体表面晾干作为降温材料使用。
实施例1：
按照化学计量比称量试剂：丙酮60mL、蒸馏水5mL，采用磁力搅拌的方式以400rpm的转速进行搅拌，使溶液混合均匀；然后称取醋酸纤维素粉末2g，加入上述丙酮/水溶液中，继续以400rpm的转速搅拌4h得到澄清透明溶液；向澄清透明溶液中加入0.5g粒径为8μm的二氧化硅粉末，继续搅拌4h得到乳白色悬浊液；将乳白色溶液倒入直径为10cm的玻璃培养皿中，于通风橱中自然挥发干燥12h，得到白色单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
如图1所示，该实施例中制备的辐射降温薄膜材料能实现良好的降温效果：薄膜在0.3～2.5微米波段的太阳光反射率高达0.96，8～13微米大气窗口波段的中红外辐射率高达0.95；与环境温度相比，在850W/m2的太阳光辐照下，可实现5℃的降温效果；且当夜间无太阳光照时，可达到9℃左右的降温效果，而且薄膜两面的热辐射性能差异较大，其在8～13微米大气窗口波段的中红外辐射率相差可达0.1。
实施例2：
按照化学计量比称量试剂：丙酮100mL、N,N-二甲基乙酰胺30mL，采用磁力搅拌的方式以1000rpm的转速进行搅拌，使溶液混合均匀；然后称取醋酸纤维素粉末8g，加入上述丙酮/N,N-二甲基乙酰胺溶液中，继续以1000rpm的转速搅拌10h得到澄清透明溶液；向澄清透明溶液中加入2.4g粒径为8μm的氧化镁粉末，继续搅拌10h得到乳白色悬浊液；将乳白色溶液倒入直径为10cm的玻璃培养皿中，于通风橱中自然挥发干燥24h，得到白色单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
该实施例中制备的辐射降温薄膜材料能实现良好的降温效果：薄膜在0.3～2.5微米波段的太阳光反射率高达0.93，8～13微米大气窗口波段的中红外辐射率高达0.9；与环境温度相比，在850W/m2的太阳光辐照下，可实现5.5℃的降温效果；且当夜间无太阳光照时，可达到7℃左右的降温效果。
实施例3：
按照化学计量比称量试剂：丙酮100mL、蒸馏水3mL，采用机械搅拌的方式以600rpm的转速进行搅拌，使溶液混合均匀；然后称取醋酸纤维素粉末5g，加入上述丙酮/水溶液中，继续以600rpm的转速搅拌8h得到澄清透明溶液；向澄清透明溶液中加入1.5g粒径为10μm的氧化钇粉末，继续搅拌8h得到乳白色悬浊液；将乳白色溶液倒入直径为15cm的玻璃培养皿中，于通风橱中自然挥发干燥12h，得到白色单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
该实施例中制备的辐射降温薄膜材料能实现良好的降温效果：薄膜在0.3～2.5微米波段的太阳光反射率高达0.97，8～13微米大气窗口波段的中红外辐射率高达0.92；与环境温度相比，在1000W/m2的太阳光辐照下，可实现6.5℃的降温效果；且当夜间无太阳光照时，可达到8.5℃左右的降温效果。
实施例4：
按照化学计量比称量试剂：四氢呋喃50mL、蒸馏水5mL，采用机械搅拌的方式以500rpm的转速进行搅拌，使溶液混合均匀；然后称取醋酸纤维素粉末5g，加入上述四氢呋喃/水溶液中，继续以500rpm的转速搅拌10h得到澄清透明溶液；向澄清透明溶液中加入1g粒径为4μm的二氧化硅粉末，继续搅拌6h得到乳白色悬浊液；将乳白色溶液倒入直径为10cm的玻璃培养皿中，于通风橱中自然挥发干燥24h，得到白色单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
该实施例中制备的辐射降温薄膜材料能实现良好的降温效果：薄膜在0.3～2.5微米波段的太阳光反射率高达0.96，8～13微米大气窗口波段的中红外辐射率高达0.94；与环境温度相比，在850W/m2的太阳光辐照下，可实现4.5℃的降温效果；且当夜间无太阳光照时，可达到8℃左右的降温效果。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法，其特征在于，采用非溶剂致相分离法得到具有微米尺度孔洞结构的醋酸纤维素多孔聚合物基底材料，同时通过重力自沉积法将光谱调节微米氧化物粒子定向富集于醋酸纤维素多孔聚合物基底材料的单面上，制得单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
2.根据权利要求1所述的单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在烧杯中配置丙酮/水溶液、丙酮/N,N-二甲基乙酰胺溶液、四氢呋喃/水溶液或四氢呋喃/N,N-二甲基乙酰胺溶液，以100rpm～1000rpm的转速进行搅拌使溶液混合均匀，制得溶解溶液；
步骤2，称取适量醋酸纤维素粉末，加入到步骤1的所述溶解溶液中，并继续以100rpm～1000rpm的转速搅拌1～48h，得到澄清透明溶液；
步骤3，称取适量光谱调节微米氧化物，加入步骤2的所述澄清透明溶液中，保持烧杯封口状态，继续以100rpm～1000rpm的转速磁力搅拌1～48h，得到乳白色悬浊液；
步骤4，取步骤3的乳白色悬浊液倒入培养皿中，自然挥发干燥或烘箱鼓风干燥6～48h，得到单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
3.根据权利要求2所述的单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1中搅拌方式为磁力搅拌或机械搅拌。
4.根据权利要求3所述的单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1丙酮与水的体积比为5:1～100:1；丙酮与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为2:1～100:1。
5.根据权利要求4所述的单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，四氢呋喃与水的体积比为5:1～100:1；四氢呋喃与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为2:1～100:1。
6.根据权利要求5所述的单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2中醋酸纤维素粉末质量为0.5～10g；醋酸纤维素分子量1～10W。
7.根据权利要求6所述的单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3中光谱调节微米氧化物为二氧化钛、三氧化铝、二氧化硅、氧化镁或氧化钇；所述光谱调节微米氧化物的质量为0.05～10g；光谱调节微米氧化物的粒径为1～20μm。
8.根据权利要求7所述的单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的制备方法，其特征在于，培养皿直径为50～500mm，薄膜厚度50～500μm。
9.一种单层双面非对称多孔辐射降温薄膜，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述制备方法制得的单层双面非对称多孔辐射降温薄膜。
10.一种采用权利要求9所述单层双面非对称多孔辐射降温薄膜的应用，其特征在于，单层双面非对称多孔辐射降温薄膜独立自撑于待降温物体之外作为降温材料使用或者在所述辐射降温薄膜成膜前以液态状涂覆于待降温物体表面晾干作为降温材料使用。
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