CN210970217U - 一种高反射辐射制冷薄膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高反射辐射制冷薄膜，所述高反射辐射制冷薄膜包括依次设置的辐射制冷层、平滑层、反射层和保护层，制冷微粒分散在所述辐射制冷层中，所述平滑层位于所述辐射制冷层和所述反射层之间，所述辐射制冷层靠近所述平滑层一侧的表面凹凸不平，所述平滑层与所述辐射制冷层紧密贴合，所述平滑层靠近所述反射层一侧的表面平整光滑。本实用新型所述辐射制冷薄膜具有较好的制冷效果，其对400‑780纳米可见光波段的平均反射率R≥94％，红外发射率E≥93％，阳光直射下的辐射冷却功率P≥95W/m²。

Description

一种高反射辐射制冷薄膜

技术领域

本实用新型涉及功能薄膜材料，尤其是一种高反射辐射制冷薄膜。

背景技术

被动日间辐射冷却是指物体通过反射阳光和将热量辐射到寒冷的宇宙空间来自发冷却表面的现象，是近年来一个十分有潜力的热点研究课题，凭借不消耗额外外部能量，零污染，安全高效清洁的优点而越来越受重视。

增强辐射制冷能力的办法是尽量提高物体表面对太阳辐射的反射率，同时尽可能增强透明大气窗口谱段(8-13微米)的红外发射率。一般的物体往往难以同时具备以上两项性能，或者对太阳辐射的吸收较大，或者在大气窗口的红外辐射能力较弱，这导致在太阳直射条件下物体不具有制冷能力，表面会被逐渐加热升温。

增强物体表面太阳反射能力的方法较为简单，可以通过对太阳光高反射的材料(如镀银或镀铝)来实现。增强大气窗口谱段的红外辐射能力比较复杂，研究发现一些人造微纳材料或者表面超材料具有特殊的红外辐射能力，通过表面微纳结构与电磁波耦合作用(如表面声子激元、微腔谐振效应等)可大大提高大气透明窗口的红外发射率。

澳大利亚斯温伯恩理工大学科研团队提出了一种各向异性的多周期圆锥矩阵表面超材料结构，可高度增强在8-13微米大气透明度窗口的红外发射，在大气环境下具有116.6Wm^-2的极高冷却功率。美国斯坦福大学的科研团队研制了一种辐射冷却器，其是由金属反射器及位于其顶部的七个交替的SiO₂和HfO₂纳米层组成，在透明窗口中产生约0.65的平均发射率，实现在阳光直射下比环境温度降低5℃的效果。以上微纳加工方法工艺复杂，成本昂贵，所制冷却器件柔韧性较低，难以实现大规模生产和推广应用。

近来，美国科罗拉多大学的科研团队报道了一种高分子辐射制冷薄膜，通过将制冷微球颗粒(粒径约8微米)嵌入柔性高分子薄膜(TPX，PE或PMMA)内形成高分子-微球复合薄膜(厚度约50微米)，并直接在该复合薄膜表面镀银，实现辐射制冷，最终实现太阳直射条件下制冷功率约93W/m²。在公告号为CN108219172A的专利中，也公开了一种类似的高分子辐射制冷薄膜，不过其所用的反射层为铝膜层。以上高分子辐射制冷薄膜柔性较好，可适应不同曲率的表面，工艺简单，成本低廉，符合工业生产的技术要求，有广泛的运用场景。但是，由于微粒的粒径相对较大，易在复合薄膜上形成凹凸明显的粗糙表面，在这样的复合薄膜表面直接镀膜会影响镀膜的光学质量，降低对太阳辐射的反射率。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种高反射辐射制冷薄膜，在辐射制冷层上设计平滑层，更好地连接辐射制冷层和反射层，同时可显著提高镀膜的质量，使得所述辐射制冷薄膜的对400-780可见光波段的平均反射率R≥94％，红外发射率E≥93％。

本实用新型中，辐射制冷层包括基体材料以及分散于其中的制冷微粒和分散剂。辐射制冷层的基体材料为透明热塑性高分子树脂，优选为聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯(PS)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚乳酸(PLA)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚甲基戊烯(TPX)中的一种。相应的，辐射制冷层为透明热塑性高分子树脂，优选为聚乙烯层，聚丙烯层，聚苯乙烯层，聚对苯二甲酸乙二醇酯层，聚乳酸层，聚甲基丙烯酸甲酯层或聚甲基戊烯层。

辐射制冷层中的制冷微粒优选为二氧化硅，三氧化二铝，二氧化钛或碳化硅中的至少一种，尺寸为1-20微米，尺寸低于1微米，易造成薄膜红外辐射能力下降，尺寸高于20微米，易造成界面散射过大而导致薄膜吸收较多的太阳辐射能量。另外，微粒的比例也很重要，优选地，辐射制冷层中微粒占所述辐射制冷层的6wt％-18wt％。低于6wt％，易导致大气窗口的红外辐射能力不足，高于18wt％，易导致薄膜界面散射过大而造成薄膜的太阳吸收率过大。并且浓度过高，还会造成薄膜发脆。

本实用新型中，为改善辐射制冷薄膜材料的性能，还在辐射制冷层中加入了一定量的分散剂。其中，为了改善微粒与基体材料的相容性，加入了一定量的偶联剂，偶联剂为硅烷偶联剂KH550，KH560，KH570中的至少一种，优选地，所述偶联剂含量为所述制冷微粒重量的0.5-1％；为了提升透明热塑性高分子树脂基体材料本身的抗紫外老化能力，加入了一定量的光稳定剂，光稳定剂为UV326、UV329、UV1164、UV5050、SORB2020、UV-P中的一种或两种的组合，光稳定剂的含量为辐射制冷层基体材料和制冷微粒总重量的0.1-1％。

本实用新型中，辐射制冷层的厚度为40-75微米，制冷层厚度会影响薄膜的辐射制冷能力，该厚度低于40微米，薄膜的大气窗口红外发射率过低，厚度过高，将增加薄膜的太阳辐射吸收率和生产成本。

本实用新型中，平滑层位于辐射制冷层和反射层之间，辐射制冷层靠近平滑层一侧的表面凹凸不平，平滑层与辐射制冷层紧密贴合，而平滑层靠近反射层一侧的表面平整光滑，从而使得反射层镀膜更加容易，镀膜更加平整、紧密，提升反射效果。优选地，平滑层采用与辐射制冷层一致的透明热塑性高分子树脂纯料，其与由透明热塑性高分子树脂构成的辐射制冷层具有高度的相容性，两层膜贴合更紧密，对辐射制冷层表层的凹凸填补效果更佳。平滑层的厚度为5-15微米，厚度低于5微米，填补效果不佳，高于15微米，会加大对太阳辐射的吸收。

本实用新型所述高反射辐射制冷薄膜，可利用流延共挤工艺制得辐射制冷层和平滑层，利用磁控溅射制得反射层；优选地，还可在反射层表面通过真空蒸镀制得保护层。

本实用新型所述高反射辐射制冷薄膜，可用于降低物体的温度，尤其是运用于降低以下物体的表面温度：建筑屋顶，运输车辆，室外电力输送，自行车及电动车座椅，基站，户外帐篷等。

具体方案如下：

一种高反射辐射制冷薄膜，所述高反射辐射制冷薄膜包括辐射制冷层、平滑层和反射层，制冷微粒分散在所述辐射制冷层中，所述平滑层位于所述辐射制冷层和所述反射层之间，所述辐射制冷层靠近所述平滑层一侧的表面凹凸不平，所述平滑层与所述辐射制冷层紧密贴合，所述平滑层靠近所述反射层一侧的表面平整光滑。

进一步的，所述制冷微粒为二氧化硅，三氧化二铝，二氧化钛或碳化硅中的至少一种。

进一步的，所述制冷微粒的尺寸为1-20微米。

进一步的，所述平滑层为树脂层。

进一步的，所述高反射辐射制冷薄膜的厚度为50-85微米。

进一步的，所述辐射制冷层为树脂层，厚度为40-75微米。

进一步的，所述反射层为金属反射层，厚度为0.08-0.15微米。

进一步的，所述反射层为镀银反射层。

进一步的，所述的高反射辐射制冷薄膜还包括保护层，所述保护层位于所述反射层远离所述平滑层一侧的表面，所述保护层为镀铝层，厚度为0.07-0.2微米。

进一步的，所述辐射制冷层为透明热塑性高分子树脂层，所述平滑层为透明热塑性高分子树脂层，且所述平滑层的厚度为5-15微米。

有益效果：

本实用新型中，所述辐射制冷薄膜通过辐射制冷层、平滑层和保护层的配合，对400-780可见光波段的平均反射率R≥94％，红外发射率E≥93％，阳光直射下辐射冷却功率≥95W/m²。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。

图1是本实用新型一个实施例1提供的辐射制冷薄膜的结构示意图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在下面的实施例中，如未明确说明，“％”均指重量百分比。

以下使用的测试方法包括：

反射率：薄膜的太阳辐射反射率由Perkin Elmer Lambda950型UV/Vis/NIRSpectrometer(紫外/可见/近红外分光光度计)测试。将薄膜放进分光光度计中，以1nm的步进，测试薄膜从400-780纳米的平均反射率R。

红外发射率：薄膜的红外发射率由带积分球的布鲁克Vertex 70型光谱仪测试，将薄膜放入光谱仪中，以1nm的步进，测试薄膜从8-13微米的平均吸收率A，薄膜的红外发射率E即等于A。

辐射制冷功率的测定：在晴朗、风速小于1m/s、空气湿度小于30％和阳光直射的露天环境下，通过反馈控制的电加热器使环境和制冷薄膜表面保持温度差小于0.2℃，电加热器产生的热功率抵消了制冷薄膜的辐射冷却功率，当制冷薄膜与环境空气温度相同时，电加热功率就能精确反映制冷薄膜的冷却功率。测试正午11时-13时电加热器的平均加热功率P1，制冷薄膜的辐射冷却功率P即等于P1。

实施例1

参考图1，一种辐射制冷薄膜，由依次设置辐射制冷层1，平滑层2，反射层3和保护层4构成，厚度依次为48微米，6微米，0.08微米，0.07微米。其中，辐射制冷层1包括树脂基体11和分散于树脂基体11之中的微粒12，树脂基体11包括TPX有机树脂(聚甲基戊烯)、偶联剂和光稳定剂，辐射制冷层1中各物质用量为：TPX有机树脂重量份为94份，微粒12的重量份为6份，偶联剂0.03份，光稳定剂0.15份。偶联剂为硅烷偶联剂KH560，光稳定剂为UV326。

微粒12为二氧化硅，外形为圆形，尺寸为4±2微米。辐射制冷层1靠近平滑层2一侧的表面由于微粒12分散地存在，造成凹凸不平，通过共挤工艺，可使得平滑层2与辐射制冷层1紧密贴合，并且平滑层2靠近反射层3一侧的表面平整光滑，有利于反射层3的形成。平滑层2为TPX有机树脂层，反射层3为镀银层。保护层4为镀铝层。

实施例2

一种辐射制冷薄膜，由依次设置辐射制冷层1，平滑层2，反射层3和保护层4构成，厚度依次为75微米，5微米，0.15微米，0.2微米。

其中，辐射制冷层1包括树脂基体11和分散于树脂基体11之中的微粒12，树脂基体11包括聚乙烯、偶联剂和光稳定剂，辐射制冷层1中各物质用量为：聚乙烯重量份为94份，微粒12的重量份为6份，偶联剂0.03份，光稳定剂0.15份。偶联剂为硅烷偶联剂KH560，光稳定剂为UV326。

微粒12为二氧化硅和碳化硅混合，尺寸为10±2微米，二者的质量比为3:2。辐射制冷层1靠近平滑层2一侧的表面由于微粒12分散地存在，造成凹凸不平，通过共挤工艺，可使得平滑层2与辐射制冷层1紧密贴合，并且平滑层2靠近反射层3一侧的表面平整光滑，有利于反射层3的形成。平滑层2为聚乙烯树脂层，反射层3为镀银层。保护层4为镀铝层。

实施例3

一种辐射制冷薄膜，由依次设置辐射制冷层1，平滑层2，反射层3和保护层4构成，厚度依次为50微米，15微米，0.10微米，0.15微米。

其中，辐射制冷层1包括树脂基体11和分散于树脂基体11之中的微粒12，树脂基体11包括聚乳酸、偶联剂和光稳定剂，辐射制冷层1中各物质用量为：聚乳酸重量份为90份，微粒12的重量份为10份，偶联剂0.05份，光稳定剂1份。偶联剂为硅烷偶联剂KH550，光稳定剂为UV326、UV329按1:1的质量比混合。

微粒12为三氧化铝，尺寸为18±2微米。辐射制冷层1靠近平滑层2一侧的表面由于微粒12分散地存在，造成凹凸不平，通过共挤工艺，可使得平滑层2与辐射制冷层1紧密贴合，并且平滑层2靠近反射层3一侧的表面平整光滑，有利于反射层3的形成。平滑层2为聚乳酸树脂层，反射层3为镀银层。保护层4为镀铝层。

实施例4

一种辐射制冷薄膜，由依次设置辐射制冷层1，平滑层2，反射层3和保护层4构成，厚度依次为60微米，8微米，0.12微米，0.16微米。

其中，辐射制冷层1包括树脂基体11和分散于树脂基体11之中的微粒12，树脂基体11包括聚丙烯、偶联剂和光稳定剂，辐射制冷层1中各物质用量为：聚丙烯重量份为90份，微粒12的重量份为10份，偶联剂0.05份，光稳定剂1份。偶联剂为硅烷偶联剂KH550，光稳定剂为UV326、UV329按1:1的质量比混合。

微粒12为二氧化钛，尺寸为10±2微米。辐射制冷层1靠近平滑层2一侧的表面由于微粒12分散地存在，造成凹凸不平，通过共挤工艺，可使得平滑层2与辐射制冷层1紧密贴合，并且平滑层2靠近反射层3一侧的表面平整光滑，有利于反射层3的形成。平滑层2为聚丙烯树脂层，反射层3为镀银层。保护层4为镀铝层。

实施例5

一种辐射制冷薄膜，由依次设置辐射制冷层1，平滑层2，反射层3和保护层4构成，厚度依次为70微米，8微米，0.13微米，0.18微米

其中，辐射制冷层1包括树脂基体11和分散于树脂基体11之中的微粒12，树脂基体11包括聚苯乙烯、偶联剂和光稳定剂，辐射制冷层1中各物质用量为：聚苯乙烯重量份为90份，微粒12的重量份为10份，偶联剂0.05份，光稳定剂1份。偶联剂为硅烷偶联剂KH550，光稳定剂为UV326、UV329按1:1的质量比混合。

微粒12为碳化硅，尺寸为5±2微米。辐射制冷层1靠近平滑层2一侧的表面由于微粒12分散地存在，造成凹凸不平，通过共挤工艺，可使得平滑层2与辐射制冷层1紧密贴合，并且平滑层2靠近反射层3一侧的表面平整光滑，有利于反射层3的形成。平滑层2为聚苯乙烯树脂层，反射层3为镀银层。保护层4为镀铝层。

实施例6

制备辐射制冷薄膜，包括以下步骤：

A，制冷微粒表面处理：称取二氧化硅和碳化硅微粒，尺寸为8±2微米，二者的质量比为2:3，将二者按比例混合，不断搅拌，并在搅拌过程中加入含量为制冷微粒重量的1％的偶联剂，搅拌时间为15-30分钟，搅拌后待用；

B，聚丙烯干燥：将聚丙烯放置在60-70度的温度下干燥4-6小时，备用；

上述步骤A和B可以同时进行或顺序调换；

C，混合：将聚丙烯加热至60-70℃，在搅拌状态下依次将光稳定剂和步骤A制得的混合物料加入，并继续搅拌15-30分钟，测试水分含量低于0.1wt％时，出料；其中，聚丙烯重量份为85份，微粒12的重量份为15份，偶联剂0.15份，光稳定剂0.3份。偶联剂为硅烷偶联剂KH570，光稳定剂为UV-P；

D，挤出造粒：将步骤C得到的混合物加入双螺杆挤出机，挤出机温度设定在180-220℃之间，螺杆转速为50-300rpm，经水冷、切粒和干燥得到流延母粒；

E，共挤流延成膜：将步骤D得到的流延母粒作为a料；另取聚丙烯树脂纯料作为b料，将a料和b料分别投入流延共挤设备的两个料斗中，通过流延共挤工艺制得相互贴合的辐射制冷层和平滑层；其中，辐射制冷层厚度为65微米，聚丙烯树脂平滑层厚度为8微米。

F：在所述平滑层表面通过磁控溅射镀膜制得反射层镀银层，按照常规磁控溅射镀膜工艺进行，厚度为0.08微米。

G：在所述反射层表面通过真空镀膜制得保护层镀铝层，按照常规真空蒸镀镀膜工艺进行，厚度为0.1微米。

对比例1

制备无平滑层对比薄膜，制备工艺与实施例6相似，不同之处在于步骤E与F：

E，共挤流延成膜：将步骤D得到的流延母粒作为a料，仅将a料投入流延共挤设备的料斗中，通过流延工艺制得辐射制冷层，辐射制冷层厚度为65微米。

F，在所述辐射制冷层表面通过磁控溅射镀膜制得反射层镀银层，按照常规磁控溅射镀膜工艺进行，厚度为0.08微米。

性能测试

对实施例6、对比例1以及市售厚度60微米的PE基材辐射制冷膜分别进行测试，其结果见表1。

表1性能检测结果表

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种高反射辐射制冷薄膜，其特征在于：所述高反射辐射制冷薄膜包括辐射制冷层、平滑层和反射层，制冷微粒分散在所述辐射制冷层中，所述平滑层位于所述辐射制冷层和所述反射层之间，所述辐射制冷层靠近所述平滑层一侧的表面凹凸不平，所述平滑层与所述辐射制冷层紧密贴合，所述平滑层靠近所述反射层一侧的表面平整光滑。

2.根据权利要求1所述的高反射辐射制冷薄膜，其特征在于：所述制冷微粒为二氧化硅，三氧化二铝，二氧化钛或碳化硅中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的高反射辐射制冷薄膜，其特征在于：所述制冷微粒的尺寸为1-20微米。

4.根据权利要求1所述的高反射辐射制冷薄膜，其特征在于：所述平滑层为树脂层。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的高反射辐射制冷薄膜，其特征在于：所述高反射辐射制冷薄膜的厚度为50-85微米。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的高反射辐射制冷薄膜，其特征在于：所述辐射制冷层为树脂层，厚度为40-75微米。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的高反射辐射制冷薄膜，其特征在于：所述反射层为金属反射层，厚度为0.08-0.15微米。

8.根据权利要求7所述的高反射辐射制冷薄膜，其特征在于：所述反射层为镀银反射层。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的高反射辐射制冷薄膜，其特征在于：还包括保护层，所述保护层位于所述反射层远离所述平滑层一侧的表面，所述保护层为镀铝层，厚度为0.07-0.2微米。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的高反射辐射制冷薄膜，其特征在于：所述辐射制冷层为透明热塑性高分子树脂层，所述平滑层为透明热塑性高分子树脂层，且所述平滑层的厚度为5-15微米。

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