CN116836592A - 一种辐射冷却涂料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辐射冷却涂料的制备方法，包括如下步骤：S1、将成膜物溶解在有机溶剂中，加热搅拌12h得到溶液A；S2、将球磨过的反射型填料、荧光填料加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B；S3、对所得浆料B进行超声处理15‑20min，得到辐射冷却涂料。本发明所提供的一种辐射冷却涂料的制备方法优化了现有设计方案，涂料的组分简单、制备方法简便。提升了性能，选择了具有高发射率官能团(C‑F、C‑O)的聚合物作为成膜物，提升了整体发射率，并且散射效应强于丙烯酸聚合物，进而对太阳辐射热的反射更强。涂料的辐射冷却效果更佳。
Description
技术领域
本发明属于涂料、辐射制冷技术领域，具体涉及一种辐射冷却涂料的制备方法。
背景技术
随着气候变化和全球变暖的加速，在炎热的夏季，人们对空调冷却的需求不断增加，冷却需求的增加加剧了环境和能源消耗的负荷。辐射冷却作为一种被动式无能源消耗的冷却技术，受到了广泛关注。通过对太阳辐射热(0.25-2.5um)的强烈反射，并在大气窗口波段(8-13um)向外太空辐射热量实现冷却。
传统辐射冷却涂料通常选用宽带隙的反射填料实现对太阳辐射热的强烈反射，因为宽带隙的反射填料在可见光波段(0.4-0.75um)和近红外波段(0.75-2.5um)具有良好的反射率。但是，该填料在紫外波段(0.2-0.4um)强烈吸收，导致辐射冷却涂料的整体反射率不高，仅为85％左右。同时，传统辐射冷却涂料发射波段是与大气窗口波段匹配的窄带发射，无法与天空实现热交换，在夜间会造成过度冷却。此外，传统辐射冷却涂料不具备疏水特性，涂料固化后的表面堆积的灰尘和积水会严重影响辐射冷却的效果。因此，针对上述问题，人们进行了以下有效研究。
专利CN116120794A公开了一种被动辐射冷却复合涂层来改善辐射冷却效果。但是，由于被动辐射冷却层需涂覆在白色涂层上而不能直接与基材结合，结构复杂且辐射冷却效果有限。专利CN114672205A公开了一种由聚合物混合形成多孔结构的辐射冷却涂料，具有较好的发射率。但是，该涂料不含反射填料，在紫外和近红外波段的反射率较低。Xue团队([1]专利CN114729206A；[2]Xue X,et al.Creating an eco-friendly buildingcoating with smart subambient radiative cooling.Advanced Materials，2020，32(42):1906751)公开了“智能亚环境辐射冷却涂料”，减少了对紫外波段的吸收，抑制了涂料夜间发生过冷现象。但是，该涂料以丙烯酸聚合物为成膜物，对紫外波段的吸收较强，同时在大气窗口波段的发射率较低，影响了辐射冷却效果。上述的现有方案涂料组分复杂，制备方法复杂，辐射冷却效果差。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种涂料的组分简单、制备方法简便，涂料的辐射冷却效果好的辐射冷却涂料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种辐射冷却涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将成膜物溶解在有机溶剂中，加热搅拌12h得到溶液A；
S2、将球磨过的反射型填料、荧光填料加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B；
S3、对所得浆料B进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
进一步地，所述反射型填料10份、荧光填料10份、成膜物5份、有机溶剂50份。
进一步地，所述步骤S2中反射型填料为二氧化钛、三氧化二铝、硫酸钡、氧化锌、氧化镁中的一种或多种。
进一步地，所述步骤S2中反射型填料的粒径分布在0.5um-2um。
进一步地，所述步骤S2中的反射型填料经过了球磨处理，球磨转速为500转/分，球磨时间为30分钟。
进一步地，所述步骤S2中的荧光填料为绿色荧光粉、黄色荧光粉、黄绿色荧光粉中的一种。
进一步地，所述步骤S2中的荧光填料的吸收峰在400nm左右，发射峰在540nm左右。
进一步地，所述步骤S1中的成膜物为聚乙烯醇、聚偏氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚碳酸酯中的一种。
进一步地，所述步骤S1中的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
进一步地，所述步骤S3中的冷却涂料还包含润湿剂、分散剂、成膜助剂、流平剂、悬浮剂、疏水剂。
本发明的有益效果是：
1、本发明所提供的一种辐射冷却涂料的制备方法优化了现有设计方案，涂料的组分简单、制备方法简便。
2、提升了性能，选择了具有高发射率官能团(C-F、C-O)的聚合物作为成膜物，提升了整体发射率，并且散射效应强于丙烯酸聚合物，进而对太阳辐射热的反射更强。涂料的辐射冷却效果更佳。
3、涂料中的反射性填料通过Mie散射极大程度减少了对太阳辐射热的吸收，并且反射型填料的散射峰与荧光填料的发射峰一致，实现了Purcell效应增强的荧光发射，将吸收的紫外光转化为可见光发射，提高了辐射冷却涂料的整体反射率。高发射率聚合物对于紫外波段有着更低的吸收，同时具备着更高的发射率，结合不同粒径的填料实现了宽带发射。宽带发射增加了除外层空间以外的冷源——天空。在正午太阳辐照度达到峰值时，由于额外的冷源存在，增强了辐射冷却效果。夜间温度降低时，与天空的热交换抑制了过度冷却。同时涂料具备防尘、防水的效果，可以保持高效的辐射冷却效果。
附图说明
图1是本发明一种辐射冷却涂料的制备方法的辐射冷却涂料实际冷却效果图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
实施例一
如图1所示，本发明提供的一种辐射冷却涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将成膜物溶解在有机溶剂中，加热搅拌12h得到溶液A。
本步骤中的成膜物为聚乙烯醇、聚偏氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚碳酸酯中的一种。有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
在实际使用过程中，将聚乙烯醇溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加热搅拌12h得到充分溶解的溶液A。
S2、将球磨过的反射型填料、荧光填料加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B。
本步骤中反射型填料为二氧化钛、三氧化二铝、硫酸钡、氧化锌、氧化镁中的一种或多种。反射型填料的粒径分布在0.5um-2um。反射型填料经过了球磨处理，球磨转速为500转/分，球磨时间为30分钟。荧光填料为绿色荧光粉、黄色荧光粉、黄绿色荧光粉中的一种。荧光填料的吸收峰在400nm左右，发射峰在540nm左右。
在实际使用过程中，将球磨过的二氧化钛、绿色荧光粉加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B。
S3、对所得浆料B进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
冷却涂料还包含润湿剂、分散剂、成膜助剂、流平剂、悬浮剂、疏水剂。在实际使用过程中，对所述浆料B进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
在本实施例中，反射型填料10份、荧光填料10份、成膜物5份、有机溶剂50份。
实施例二
本实施例与实施例一相比，区别点在以下部分：
S1、将聚偏氟乙烯树脂溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加热搅拌12h得到充分溶解的溶液A。
S2、将球磨过的三氧化二铝、黄色荧光粉加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B。
S3、对所述浆料B进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
本实施例其余部分与实施例一相同。
实施例三
本实施例与实施例一相比，区别点在以下部分：
S1、将聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加热搅拌12h，得到充分溶解的溶液A。
S2、将球磨过的硫酸钡、黄绿色荧光粉加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料。
S3、对所述浆料进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
本实施例其余部分与实施例一相同。
实施例四
本实施例与实施例一相比，区别点在以下部分：
S1、将乙烯-醋酸乙烯共聚物溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加热搅拌12h得到充分溶解的溶液A。
S2、将球磨过的氧化锌、绿色荧光粉加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B。
S3、对所述浆料B进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
本实施例其余部分与实施例一相同。
实施例五
本实施例与实施例一相比，区别点在以下部分：
S1、将聚碳酸酯溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加热搅拌12h得到充分溶解的溶液A。
S2、将球磨过的氧化镁、黄色荧光粉加入S1，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B。
S3、对所述浆料B进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
本实施例其余部分与实施例一相同。
实施例六
本实施例与实施例一相比，区别点在以下部分：
S1、将聚乙烯醇溶解在N-甲基吡咯烷酮中，加热搅拌12h得到充分溶解的溶液A。
S2、将球磨过的二氧化钛和三氧化二铝、绿色荧光粉加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B。
S3、对所述浆料进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
本实施例其余部分与实施例一相同。
实施例七
本实施例与实施例一相比，区别点在以下部分：
S1、将聚偏氟乙烯树脂溶解在N-甲基吡咯烷酮中，加热搅拌12h得到充分溶解的溶液A。
S2、将球磨过的二氧化钛和硫酸钡、黄色荧光粉加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B。
S3、对所述浆料B进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
本实施例其余部分与实施例一相同。
实施例八
本实施例与实施例一相比，区别点在以下部分：
S1、将聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶解在N-甲基吡咯烷酮中，加热搅拌12h得到充分溶解的溶液A；
S2、将球磨过的二氧化钛和氧化锌、黄绿色荧光粉加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B；
S3、对所述浆料B进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
本实施例其余部分与实施例一相同。
实施例九
本实施例与实施例一相比，区别点在以下部分：
S1、将乙烯-醋酸乙烯共聚物溶解在N-甲基吡咯烷酮中，加热搅拌12h得到充分溶解的溶液A；
S2、将球磨过的二氧化硅钛和氧化镁、绿色荧光粉加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B；
S3、对所述浆料B进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
本实施例其余部分与实施例一相同。
实施例十
本实施例与实施例一相比，区别点在以下部分：
S1、将聚碳酸酯溶解在N-甲基吡咯烷酮中，加热搅拌12h得到充分溶解的溶液A。
S2、将球磨过的二氧化钛、三氧化二铝、硫酸钡、氧化锌、氧化镁、黄色荧光粉加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B。
S3、对所述浆料B进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
本实施例其余部分与实施例一相同。
参考GJB 5892-2006和GB/T 26810-2011对实施例一～实施例十制备的辐射冷却涂料的性能进行测试，如表1和图1所示。可见，涂料的平均反射率为95％-98％，平均发射率为92％-96％，具备良好的辐射冷却效果。
表1
| 实施例编号 | 平均反射率 | 平均发射率 |
| 实施例一 | 95％ | 92％ |
| 实施例二 | 96％ | 96％ |
| 实施例三 | 97％ | 92％ |
| 实施例四 | 95％ | 94％ |
| 实施例五 | 98％ | 95％ |
| 实施例六 | 95％ | 94％ |
| 实施例七 | 97％ | 95％ |
| 实施例八 | 97％ | 94％ |
| 实施例九 | 97％ | 95％ |
| 实施例十 | 95％ | 93％ |
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种辐射冷却涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将成膜物溶解在有机溶剂中，加热搅拌12h得到溶液A；
S2、将球磨过的反射型填料、荧光填料加入溶液A，并加入助剂，充分分散得到均匀分散的浆料B；
S3、对所得浆料B进行超声处理15-20min，得到辐射冷却涂料。
2.根据权利要求1所述的一种辐射冷却涂料的制备方法，其特征在于：所述反射型填料10份、荧光填料10份、成膜物5份、有机溶剂50份。
3.根据权利要求1所述的一种辐射冷却涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中反射型填料为二氧化钛、三氧化二铝、硫酸钡、氧化锌、氧化镁中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种辐射冷却涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中反射型填料的粒径分布在0.5um-2um。
5.根据权利要求1所述的一种辐射冷却涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的反射型填料经过了球磨处理，球磨转速为500转/分，球磨时间为30分钟。
6.根据权利要求1所述的一种辐射冷却涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的荧光填料为绿色荧光粉、黄色荧光粉、黄绿色荧光粉中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种辐射冷却涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的荧光填料的吸收峰在400nm左右，发射峰在540nm左右。
8.根据权利要求1所述的一种辐射冷却涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的成膜物为聚乙烯醇、聚偏氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚碳酸酯中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种辐射冷却涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
10.根据权利要求1所述的一种辐射冷却涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的冷却涂料还包含润湿剂、分散剂、成膜助剂、流平剂、悬浮剂、疏水剂。
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