CN112724436A - 一种超疏水辐射自降温材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水辐射自降温材料及其制备方法。其特征是首先把三元乙丙橡胶(EPDM)和疏水二氧化硅(SiO2)均匀共混于溶剂中得到EPDM/SiO2悬浮液；然后浇铸于玻璃片上刮涂成膜，再把其放置于非溶剂中发生溶剂交换；待溶剂交换结束后，取出薄膜，干燥，得到具有多孔结构的复合材料。该方法制备的复合材料与水滴的接触角大于150°，具有较高的反射率和发射率，易大面积生产，适用于需要降温的多种领域。

Description

一种超疏水辐射自降温材料及其制备方法
技术领域
本发明属于降温材料制备技术领域，特别涉及一种超疏水辐射自降温材料的制备方法。
背景技术
近年来气候变化引起了全球变暖，自然灾害频发，对我们的生存环境造成了较大影响。尤其是在炎热的夏季气温逐年升高，人们通常采用降低周围环境温度的办法来保持舒适。常用的降温方式是空调，而空调的使用会消耗大量的电能，空调系统中的制冷剂也会加剧温室效应和气温上升。因此，一种可持续发展的高效制冷方式对于解决全球变暖的问题尤为重要。
具有在太阳光波段(0.3-2.5μm)高反射率同时在大气透明窗口(8-13μm)高发射率的辐射自降温材料作为一种可持续发展的制冷材料，对于解决全球气候变暖问题、增加人类生存舒适度发挥着重要的作用。该制冷方式利用清洁环保的外太空作为天然冷源，不需要消耗电能，通过在太阳光波段反射太阳光和在大气透明窗口把多余的热量辐射出去的方式实现，成为材料科学领域的研究热点。
随着研究的深入及对降温材料要求的提高，研究者发现辐射自降温材料在使用中存在的最大问题是其长期暴露在外界使用环境中时，雨水冲刷、灰尘堆积、阳光照射等复杂环境会破坏材料的微观结构，使其反射率下降从而引起降温效率降低。
发明内容
本发明一种超疏水辐射自降温材料的制备方法，通过溶剂交换法制备EPDM/SiO2多孔材料，通过调控材料的内部微观结构和表面形貌以实现超疏水辐射自降温材料的制备，解决了现有技术中存在的辐射自降温材料由于反射率下降引起的降温效率降低的问题。
本发明采用以下技术方案：
经大量实验得出，与水滴的接触角大于150°，滚动角小于5°的超疏水材料可以解决辐射自降温材料由于反射率下降引起的降温效率降低的问题。若赋予辐射自降温材料超疏水特性使其具有自清洁功能，即超疏水辐射自降温材料，可以保持辐射自降温材料的光学稳定性，提升其在外界环境中的稳定性。
一种超疏水辐射自降温材料及其制备方法：一种超疏水辐射自降温材料及其制备方法，把EPDM和SiO2均匀共混于溶剂中得到悬浮液；采用刮涂法在玻璃片上刮涂成膜，然后把其放置于非溶剂中发生溶剂交换；待溶剂交换结束后，取出薄膜并干燥，获得具有多孔结构的复合薄膜。
制备EPDM/SiO2悬浮液的步骤为：称取一定质量的EPDM溶解于溶剂中使EPDM完全溶解，然后再加入一定浓度的SiO2，搅拌均匀。
EPDM在溶液中的浓度为4％～12％，SiO2的浓度为5％～15％。
选用乙醇、正丁醇、叔丁醇等常见溶剂作为溶液的非溶剂。
溶剂交换时间为2～9h，交换完成后薄膜会由半透明完全变为白色。
薄膜放置于室温，干燥时间为2～6h，温度越高所需要的干燥时间越短。
溶剂交换过程产生的多孔结构对太阳光的平均反射率大于90％，在大气透明窗口的平均发射率大于88％，其表面与水滴接触角大于150°。
本发明的积极进步效果在于：
按本发明的处理方法制备的超疏水薄膜与水滴的静态接触角大于150°，且制备得到的材料具有较高的反射率和发射率。本发明通过溶剂交换法制备超疏水辐射降温薄膜，材料具有一定的柔性，适用于电子设备、交通等多种降温领域，应用前景广泛。
附图说明
图1为本发明一种超疏水辐射自降温材料的制备方法的薄膜表面SEM图和接触角图片；
图2为本发明一种超疏水辐射自降温材料的制备方法的薄膜在光学波段的反射率。
具体实施方式
本发明把EPDM和SiO2均匀共混于溶剂中得到悬浮液；采用刮涂法在玻璃片上成膜，然后把其放置于盛有非溶剂的容器中使其发生溶剂交换；待溶剂交换结束后，取出薄膜并干燥，获得具有多孔结构的复合薄膜。
步骤一：EPDM/SiO2悬浮液的制备：把4％～12％的EPDM溶解于溶剂二甲苯中，待其充分溶解后加入5％～15％的疏水二氧化硅，充分搅拌均匀，备用。
步骤二：溶剂交换的进行：把EPDM/SiO2悬浮液浇铸在玻璃片上，采用规格为800～2500μm的涂膜器刮涂成膜，然后浸泡在二甲苯的非溶剂中2～9h后，使薄膜由半透明逐渐变成白色。
步骤三：EPDM/SiO2薄膜的干燥：从非溶剂中取出薄膜，置于空气中干燥2～6h，得到超疏水辐射自降温薄膜。
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明并不受其限制。
实施例1
步骤一：EPDM/SiO2悬浮液的制备：把4％的EPDM溶解于溶剂二甲苯中，待其充分溶解后加入15％的疏水二氧化硅，充分搅拌均匀，备用。
步骤二：溶剂交换的进行：把EPDM/SiO2悬浮液浇铸在玻璃片上，采用规格为2000μm的涂膜器刮涂成膜，然后浸泡在二甲苯的非溶剂乙醇中2h后，使薄膜由半透明逐渐变成白色。
步骤三：EPDM/SiO2薄膜的干燥：从非溶剂中取出薄膜，置于空气中干燥6h，得到超疏水辐射自降温薄膜的接触角为152°，反射率为95％，发射率为93％。
实施例2
步骤一：EPDM/SiO2悬浮液的制备：把12％的EPDM溶解于溶剂二甲苯中，待其充分溶解后加入5％的疏水二氧化硅，充分搅拌均匀，备用。
步骤二：溶剂交换的进行：把EPDM/SiO2悬浮液浇铸在玻璃片上，采用规格为2500μm的涂膜器刮涂成膜，然后浸泡在二甲苯的非溶剂叔丁醇中9h后，使薄膜由半透明逐渐变成白色。
步骤三：EPDM/SiO2薄膜的干燥：从非溶剂中取出薄膜，置于空气中干燥2h，得到超疏水辐射自降温薄膜的接触角为158°，反射率为92％，发射率为89％。
实施例3
步骤一：EPDM/SiO2悬浮液的制备：把12％的EPDM溶解于溶剂二甲苯中，待其充分溶解后加入12％的疏水二氧化硅，充分搅拌均匀，备用。
步骤二：溶剂交换的进行：把EPDM/SiO2悬浮液浇铸在玻璃片上，采用规格为500μm的涂膜器刮涂成膜，然后浸泡在二甲苯的非溶剂正丁醇中6h后，使薄膜由半透明逐渐变成白色。
步骤三：EPDM/SiO2薄膜的干燥：从非溶剂中取出薄膜，置于空气中干燥2h，得到超疏水辐射自降温薄膜的接触角为158°，反射率为92％，发射率为90％。
实施例4
步骤一：EPDM/SiO2悬浮液的制备：把10％的EPDM溶解于溶剂二甲苯中，待其充分溶解后加入8％的疏水二氧化硅，充分搅拌均匀，备用。
步骤二：溶剂交换的进行：把EPDM/SiO2悬浮液浇铸在玻璃片上，采用规格为1000μm的涂膜器刮涂成膜，然后浸泡在二甲苯的非溶剂乙醇中6h后，使薄膜由半透明逐渐变成白色。
步骤三：EPDM/SiO2薄膜的干燥：从非溶剂中取出薄膜，置于空气中干燥3h，得到超疏水辐射自降温薄膜的接触角为159°，反射率为94％，发射率为92％。
实施例5
步骤一：EPDM/SiO2悬浮液的制备：把11％的EPDM溶解于溶剂二甲苯中，待其充分溶解后加入8％的疏水二氧化硅，充分搅拌均匀，备用。
步骤二：溶剂交换的进行：把EPDM/SiO2悬浮液浇铸在玻璃片上，采用规格为1500μm的涂膜器刮涂成膜，然后浸泡在二甲苯的非溶剂叔丁醇中5h后，使薄膜由半透明逐渐变成白色。
步骤三：EPDM/SiO2薄膜的干燥：从非溶剂中取出薄膜，置于空气中干燥3h，得到超疏水辐射自降温薄膜的接触角为155°，反射率为93％，发射率为90％。
对制备好的超疏水辐射自降温薄膜进行检测，得出图1为薄膜表面SEM图和接触角图片；图2为薄膜在光学波段的反射率。
以上所述仅为本发明的一种实施方案，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种超疏水辐射自降温材料及其制备方法，其特征在于：把EPDM和SiO2均匀共混于溶剂中得到悬浮液；采用刮涂法在玻璃片上刮涂成膜，然后把其放置于非溶剂中发生溶剂交换；待溶剂交换结束后，取出薄膜并干燥，获得具有多孔结构的复合薄膜。
2.如权利要求1所述的一种超疏水辐射自降温材料及其制备方法，其特征在于：所述的制备EPDM/SiO2悬浮液的步骤为：称取一定质量的EPDM溶解于溶剂中使EPDM完全溶解，然后再加入一定浓度的SiO2，搅拌均匀。
3.如权利要求2所述的EPDM/SiO2悬浮液的制备，其特征在于：EPDM在溶液中的浓度为4％～12％，SiO2的浓度为5％～15％。
4.如权利要求1所述的一种超疏水辐射自降温材料及其制备方法，其特征在于：选用乙醇、正丁醇、叔丁醇等常见溶剂作为溶液的非溶剂。
5.如权利要求1所述的一种超疏水辐射自降温材料及其制备方法，其特征在于：溶剂交换时间为2～9h，交换完成后薄膜会由半透明完全变为白色。
6.如权利要求1所述的一种超疏水辐射自降温材料及其制备方法，其特征在于：薄膜放置于室温，干燥时间为2～6h，温度越高所需要的干燥时间越短。
7.如权利要求1所述的一种超疏水辐射自降温材料及其制备方法，其特征在于，溶剂交换过程产生的多孔结构对太阳光的平均反射率大于90％，在大气透明窗口的平均发射率大于88％，其表面与水滴接触角大于150°。
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