CN115386273A - 一种日间辐射制冷涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种日间辐射制冷涂料及其制备方法，其特征在于由选择性透过/吸收聚合物以及9～12μm强选择性辐射二氧化硅球体按照体积比1∶(0.01～0.1)组成；其中选择性透过/吸收聚合物由聚甲基戊烯(TPX)和丙烯酸树脂按质量比例(0.01～0.05)∶1组成。本发明的日间辐射制冷涂料，制备成本低廉，工艺简单，在0.2～2.5μm具有高透过性，在8～13μm通过聚甲基戊烯(TPX)与二氧化硅微球的耦合实现红外高吸收，涂覆在高反射金属等不同性质的基底材料表面上可在白天高太阳辐射情况下实现比环境温度低的温降，达到减少制冷能耗，节约大量的能源。
Description
技术领域
本发明属于被动式能源利用领域，具体来说，涉及一种日间辐射制冷涂料及其制备方法。
背景技术
空调系统作为建筑中的能耗大户，其能耗约占建筑总能耗的45％，随着空调技术的发展，巨大能源消耗成为了一个尚待解决的难题。如何有效降低能量消耗已成为学术界关注的焦点问题。辐射制冷作为一种被动式冷却技术，由于其可在不消耗能耗的情况下，通过大气窗口(8～13μm)与温度极低(～3K)的外太空进行换热，使得辐射制冷材料表面温度降低到环境温度以下，进而实现制冷和蓄冷而备受关注。目前大多数辐射制冷材料仅能在夜间工作，在日间由于太阳辐射的摄入，导致冷热抵消。要实现日间辐射制冷，则需要考虑尽量减少太阳辐射的影响，因此，在0.2～2.5μm太阳光谱波段要有尽可能高的反射，同时保持在大气窗口(8～13μm)红外波段的高发射性。
目前现有的报道中，关于能实现日间辐射制冷的材料主要包括：运用纳米光刻蚀/等离子沉积等技术在纳米微尺度结构对材料进行修改，从而实现高性能辐射冷却器，但这类材料制造往往工艺复杂、成本高，难以大规模生产应用；将无机材料，如一氧化硅、碳化硅、硫酸钡等材料进行混合，利用微粒本身对光谱不同波段的反射和吸收不同，从而实现辐射制冷； CN 110373072B公开了一种辐射自降温功能涂料及其制备方法，其特征在于由8～14μm红外强选择性辐射纳米功能组合物和含氟树脂组成，其中8～14μm红外强选择性辐射纳米功能组合物由纳米二氧化硅、稀土硅酸盐化合物和钼酸盐化合物组成，涂覆在金属、塑料、陶瓷等不同性质的基底材料表面上制成辐射自降温功能涂层，实现零能耗冷却，但这些辐射纳米功能组合物配比较为复杂，而且微粒之间不同的光学性质也使得其选择性发射和反射难以调整到理想状态。
发明内容
本发明的目的是提供一种日间辐射制冷涂料及其制备方法，通过将在相同波段具有相似光学特性的微粒与聚合物材料结合的方式，使得材料在8～13μm波段的辐射制冷效果得到提升，同时具备在0.2～2.5μm波段的高透射率，通过与高反射表面结合的方式实现日间辐射制冷。
本发明的技术方案为：一种日间辐射制冷涂料，其特征在于，该日间辐射制冷涂料由选择性透过/吸收聚合物以及微米级二氧化硅球体按照体积比1∶(0.01～0.1)组成，其中选择性透过/吸收聚合物由聚甲基戊烯(TPX)和丙烯酸树脂按质量比例(0.01～0.05)∶1组成。
优选上述的一种日间辐射制冷涂料，所述的选择性透过/吸收聚合物由以下方法得到：根据选择性透过/吸收聚合物的化学计量比，准确称取丙烯酸树脂以及聚甲基戊烯(TPX)；其中丙烯酸树脂分散到纯净水、25％氨水之中，丙烯酸树脂、纯净水、25％氨水按照质量比3∶6∶1 调配，在70-80℃水浴条件下，转速不应低于400转/分，搅拌溶解1～2小时得到淡黄色丙烯酸水溶液；聚甲基戊烯(TPX)分散到环己烷溶剂之中，按照体积比0.07∶1，在65℃水浴条件下，转速不应低于300转/分，搅拌蒸发溶剂2小时以上得到聚甲基戊烯(TPX)凝胶；混合丙酸水溶液以及聚甲基戊烯(TPX)凝胶，在超声波细胞粉碎机下持续混合10-20分钟得到选择性透过 /吸收聚合物。
优选上述的一种日间辐射制冷涂料，所述的丙烯酸树脂为水性丙烯酸树脂中的一种，树脂的固含量为98％-98.5％。
优选上述的一种日间辐射制冷涂料，所述的微米级二氧化硅球体平均粒径为8μm，其中微米级二氧化硅球体在9～12μm范围内具有强的红外选择性辐射性能。
本发明还提供了一种制备上述的日间辐射制冷涂料的方法，其具体步骤如下：
(a)聚甲基戊烯(TPX)和丙烯酸树脂按质量比例(0.01～0.05)∶1，分别称取丙烯酸树脂以及聚甲基戊烯(TPX)，其中丙烯酸树脂分散到纯净水、25％氨水之中，丙烯酸树脂、纯净水、25％氨水按照质量比3∶6∶1调配，在70-80℃水浴条件下，转速不应低于400转/分，搅拌溶解1～ 2小时得到淡黄色丙烯酸水溶液；聚甲基戊烯(TPX)分散到环己烷溶剂之中，按照体积比 0.07∶1，在65℃水浴条件下，转速不应低于300转/分，搅拌蒸发溶剂2小时以上得到聚甲基戊烯(TPX)凝胶；混合丙酸水溶液以及聚甲基戊烯(TPX)凝胶，在超声波细胞粉碎机下持续混合10-20分钟，制得选择性透过/吸收聚合物；
(b)按微米级二氧化硅球体与选择性透过/吸收聚合物的体积比，称取一定量的微米级二氧化硅球体，以180℃持续烘干6小时，并一起加入到超声波细胞粉碎机中，持续超声搅拌 20-30分钟，即制得日间辐射制冷涂料。
有益效果：
本发明的日间辐射制冷涂料，通过对相似光学性质的聚合物和微粒的相互耦合，提升了涂料在8～13μm的辐射性能，同时不损失在0.2～2.5μm的透射性能，而且由于微粒单一，不需要复杂的制备工艺，做到了冷却降温节约能量消耗的同时也可实现大量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍。
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，特例举以下实施例对本发明进行详细阐述，但本发明的内容绝不仅仅限于下面的实施例：
在本发明实施例中，该日间辐射制冷涂料；如图1所示，包括辐射制冷涂料层10，辐射制冷涂料层10由选择性透过/吸收聚合物12和分布在选择性透过/吸收聚合物12中的微米级二氧化硅球体11组成。微米级二氧化硅球体11按一定体积比设置于选择性透过/吸收聚合物 12内。
在本发明实施例中，还包括反射层20，反射层20设置在辐射制冷涂料层10下表面；反射层20中的反射材料21可以为金属镀层或任何高反射性材料。
实施例1
所用的选择性透过/吸收聚合物组成为丙烯酸树脂-0.01TPX，根据化学计量比准确称取一定量所需原料丙烯酸树脂以及TPX(1∶0.01)，其中丙烯酸树脂分散到纯净水、25％氨水之中，丙烯酸树脂、纯净水、25％氨水按照质量比3∶6∶1调配，在70-80℃水浴条件下，转速不应低于400转/分，搅拌溶解1～2小时得到淡黄色丙烯酸水溶液；
TPX分散到环己烷溶剂之中，按照体积比0.07∶1，在65℃水浴条件下，转速不应低于300 转/分，搅拌蒸发溶剂2小时以上得到TPX凝胶；混合丙酸水溶液以及TPX凝胶，在超声波细胞粉碎机下持续混合10-20分钟，制得选择性透过/吸收聚合物。
所用的微米二氧化硅为商品，品牌号XWJ-SQ90608Y，平均粒径为8μm，称取一定量的微米级二氧化硅球体，以180℃持续烘干6小时；所用丙烯酸树脂为商品化水性树脂，牌号为S-840，质量固含量98％-98.5％；所用TPX为商品，产品型号为RT-18。
一种日间辐射制冷涂料及其制备方法，包括以下步骤：
(a)按照选择性透过/吸收聚合物与微米二氧化硅体积比1∶0.07，分别称取100份选择性透过/吸收聚合物、7份粒径8μm烘干6小时的二氧化硅；
(b)将选择性透过/吸收聚合物与微米二氧化硅混合，以超声波细胞粉碎机进行超声混合，每次超声时间不超过8s，每次工作时间5min，持续混合20-30min，即可制得所需的日间辐射制冷涂料，涂料在8～13μm红外波长范围的吸收/辐射率达到0.85。
实施例2
所用的选择性透过/吸收聚合物组成为丙烯酸树脂-0.03TPX，根据化学计量比准确称取一定量所需原料丙烯酸树脂以及TPX(1∶0.03)，其中丙烯酸树脂分散到纯净水、25％氨水之中，丙烯酸树脂、纯净水、25％氨水按照质量比3∶6∶1调配，在70-80℃水浴条件下，转速不应低于400转/分，搅拌溶解1～2小时得到淡黄色丙烯酸水溶液；
TPX分散到环己烷溶剂之中，按照体积比0.07∶1，在65℃水浴条件下，转速不应低于300 转/分，搅拌蒸发溶剂2小时以上得到TPX凝胶；混合丙酸水溶液以及TPX凝胶，在超声波细胞粉碎机下持续混合10-20分钟，制得选择性透过/吸收聚合物。
所用的微米二氧化硅为商品，品牌号XWJ-SQ90608Y，平均粒径为8μm，称取一定量的微米级二氧化硅球体，以180℃持续烘干6小时；所用丙烯酸树脂为商品化水性树脂，牌号为S-840，质量固含量98％-98.5％；所用TPX为商品，产品型号为RT-18。
一种日间辐射制冷涂料及其制备方法，包括以下步骤：
(a)按照选择性透过/吸收聚合物与微米二氧化硅体积比1∶0.07，分别称取100份选择性透过/吸收聚合物、7份粒径8μm烘干6小时的二氧化硅；
(b)将选择性透过/吸收聚合物与微米二氧化硅混合，以超声波细胞粉碎机进行超声混合，每次超声时间不超过8s，每次工作时间5min，持续混合20-30min，即可制得所需的日间辐射制冷涂料，涂料在8～13μm红外波长范围的吸收/辐射率达到0.91。
实施例3
所用的选择性透过/吸收聚合物组成为丙烯酸树脂-0.05TPX，根据化学计量比准确称取一定量所需原料丙烯酸树脂以及TPX(1∶0.05)，其中丙烯酸树脂分散到纯净水、25％氨水之中，丙烯酸树脂、纯净水、25％氨水按照质量比3∶6∶1调配，在70-80℃水浴条件下，转速不应低于400转/分，搅拌溶解1～2小时得到淡黄色丙烯酸水溶液；
TPX分散到环己烷溶剂之中，按照体积比0.07∶1，在65℃水浴条件下，转速不应低于300 转/分，搅拌蒸发溶剂2小时以上得到TPX凝胶；混合丙酸水溶液以及TPX凝胶，在超声波细胞粉碎机下持续混合10-20分钟，制得选择性透过/吸收聚合物。
所用的微米二氧化硅为商品，品牌号XWJ-SQ90608Y，平均粒径为8μm，称取一定量的微米级二氧化硅球体，以180℃持续烘干6小时；所用丙烯酸树脂为商品化水性树脂，牌号为S-840，质量固含量98％-98.5％；所用TPX为商品，产品型号为RT-18。
一种日间辐射制冷涂料及其制备方法，包括以下步骤：
(a)按照选择性透过/吸收聚合物与微米二氧化硅体积比1∶0.07，分别称取100份选择性透过/吸收聚合物、7份粒径8μm烘干6小时的二氧化硅；
(b)将选择性透过/吸收聚合物与微米二氧化硅混合，以超声波细胞粉碎机进行超声混合，每次超声时间不超过8s，每次工作时间5min，持续混合20-30min，即可制得所需的日间辐射制冷涂料，涂料在8～13μm红外波长范围的吸收/辐射率达到0.87。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种日间辐射制冷涂料，其特征在于，该日间辐射制冷涂料由选择性透过/吸收聚合物以及微米级二氧化硅球体按照体积比1∶(0.01～0.1)组成，其中选择性透过/吸收聚合物由聚甲基戊烯(TPX)和丙烯酸树脂按质量比例(0.01～0.05)∶1组成；
所述的微米级二氧化硅球体在9～12μm范围内具有强的红外选择性辐射性能；
所述的选择性透过/吸收聚合物由以下方法得到：根据选择性透过/吸收聚合物的化学计量比，准确称取丙烯酸树脂以及聚甲基戊烯(TPX)；
所述的丙烯酸树脂分散到纯净水、25％氨水之中，丙烯酸树脂、纯净水、25％氨水按照质量比3∶6∶1调配，在70-80℃水浴条件下，转速不应低于400转/分，搅拌溶解1～2小时得到淡黄色丙烯酸水溶液；
所述的聚甲基戊烯(TPX)分散到环己烷溶剂之中，按照体积比0.07∶1，在65℃水浴条件下，转速不应低于300转/分，搅拌蒸发溶剂2小时以上得到聚甲基戊烯(TPX)凝胶；混合丙酸水溶液以及聚甲基戊烯(TPX)凝胶，在超声波细胞粉碎机下持续混合10-20分钟得到选择性透过/吸收聚合物；
所述的一种日间辐射制冷涂料的制备方法，其具体步骤如下：
(a)按所述的选择性透过/吸收聚合物制备方法以及化学计量比，分别称取丙烯酸树脂以及聚甲基戊烯(TPX)制得选择性透过/吸收聚合物；
(b)按微米级二氧化硅球体与选择性透过/吸收聚合物的体积比，称取一定量的微米级二氧化硅球体，以180℃持续烘干6小时，并一起加入到超声波细胞粉碎机中，持续超声搅拌20-30分钟，即制得日间辐射制冷涂料。
2.根据权利要求1所述的一种日间辐射制冷涂料，其特征在于，所述的丙烯酸树脂为水性丙烯酸树脂中的一种，树脂的固含量为98％-98.5％。
3.根据权利要求1所述的一种日间辐射制冷涂料，其特征在于，所述的微米级二氧化硅球体平均粒径为8μm，在9～12μm范围内具有强的红外选择性辐射性能。
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