一种辐射冷却膜的制备方法

本发明属于辐射冷却，尤其涉及一种辐射冷却膜的制备方法。背景技术：1、在全球变暖的大背景下，降低能耗和大气环境温度对于人类生存和发展来说至关重要。人们对先进的制冷技术及应用进行广泛的研究，但制冷系统造成了巨量的能源消耗，约为全球能源总消耗的15％。目前的制冷技术都需使用含氟的能量交换介质，介质的排放会使大气臭氧层遭到破坏，但人类不愿放弃制冷产品所带来的舒适，因此的环保高效的制冷技术就成为人类社会的亟需。辐射冷却与传统方式的最大区别是在不消耗能量的情况下也能向外界一直传输热量，因此赋予了辐射冷却技术极大的发展和应用空间。目前辐射冷却膜的研究涉及到人体降温织物、建筑物、涂料、冰川等多个领域，而仿生降温材料也成为了热门之一。但寻找一种成本低、易制备、能实际应用的辐射冷却膜是需要攻克的课题，在辐射冷却膜的研发技术进步过程中不仅能够缓解环境和能源压力，还会给人类带来实际好处。2、自从辐射冷却的概念被提出，许多种辐射冷却膜相继问世，但还需要不断优化现有的方法，提升实际应用的可行性。例如公布号为cn114606651a的专利，名为一种用于热辐射冷却的纳米纤维膜及其制备方法和用途，该发明提出了一种用静电纺丝的方法制备的聚酰胺纳米纤维膜，探究了静电纺丝的距离和速度对制膜的影响，但其降温效果反而是高于环境温度1.1℃。再如公布号为cn112460836a的专利，名为被动式辐射冷却复合材料薄膜，该发明通过多种方法制备辐射冷却膜，最后都用磁控溅射法沉积的平面金属反射层，涉及到铝、银、镍3种金属之一，但金属层具有易腐蚀、成本高等缺点，限制了其应用领域。公布号为cn113776226a，名为一种辐射制冷膜，其将纯聚合物制备成膜未添加无机组分导致降温效果和综合性能有待提高。公告号为cn110552199b，名为一种制备辐射制冷复合光子结构薄膜及其制备方法，其将二氧化硅沉积到纤维中很难控制均匀程度且由于二者没有连接点导致二氧化硅易脱落。公告号为cn113276510b，名为一种智能辐射热控用janus柔性复合薄膜及制备方法，其涉及到二氧化硅和二氧化钛等粒子，但其需要金属层的加持且制备工艺复杂。公布号为cn115710780a为一种遮阳降温薄膜及其制备方法和应用，实施例4涉及到聚环氧乙烷、硅烷偶联剂和纳米材料制备的复合膜。但是该专利明确描述的是使用纳米级填料，优选为10-100nm，表面活性剂的投料量为溶剂和纳米级填料总质量的0.1％-1.0％wt。并且专利公开的内容中未给出力学性能及降温效果的数据，无法判断膜的性能及实际应用效果。3、因此，需要探索出一种将有机聚合物和无机微纳米粒子有效结合起来且对综合性能有提升的辐射冷却膜，而且，该膜需要制备简单、成本低廉。技术实现思路1、本发明的目的是克服现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种辐射冷却膜的制备方法，利用薄膜在不同光区的高反射率和高发射率将热量传递到外太空(3k)，实现被动降温。2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：3、一种辐射冷却膜的制备方法，无机微纳米颗粒、硅烷偶联剂与有机高聚物溶液混合得到静电纺丝前驱液，静电纺丝前驱液进行静电纺丝得到静电纺丝膜，静电纺丝膜干燥后即得辐射冷却膜。4、进一步的，将无机微纳米颗粒、硅烷偶联剂加入到高聚物溶液中混合，共磁力搅拌4-10h，温度为35-45℃，然后超声去除气泡，得到静电纺丝前驱液，超声时间为30-60min，超声温度为30-40℃。5、静电纺丝工艺条件为：针头和接收板之间电压为14-20kv，纺丝针头到接收板的距离为10-20cm，注射针筒的推速为0.5-4ml/l，环境温度为15-35℃，环境湿度(rh)为30-90％。6、静电纺丝膜首先室温干燥，干燥时间为6h，然后真空干燥12h，真空温度为40℃，烘干后既得辐射冷却膜。7、无机微纳米颗粒的用量为有机高聚物溶液质量的0.5-11wt％，优选为7-10wt％。8、硅烷偶联剂的质量为有机高聚物溶液质量的1.1-3.0wt％，优选为1.1-1.7wt％。9、所述高聚物溶液为有机高聚物加入溶剂搅拌，磁力搅拌速度为400-600r/min，搅拌时间为2-4h。10、所述的有机高聚物占高聚物溶液的5-15wt％。11、所述的有机高聚物为聚环氧乙烷(peo)，聚环氧乙烷(peo)的分子量为5-50万。12、所述溶剂为乙腈、苯甲醚、二氯乙烷、n，n-二甲基甲酰胺中的一种或几种。13、无机微纳米颗粒为二氧化硅或者二氧化钛，微纳米颗粒的粒径为0.15-10μm，优选3-6μm。14、所述的硅烷偶联剂为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(kh-570)、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷(kh-792)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(kh-550)、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh-560)中的一种或几种。15、所述辐射冷却膜用于建筑物落地玻璃、汽车室外露天车棚降温。16、本发明具有的有益效果：17、(1)本发明的特有配方设计及制备工艺，将有机聚合物和无机微粒子在硅烷偶联剂的作用下通过氢键架桥连接形成独特的类蜘蛛丝网状结构，该膜的纤维直径集中在0.6-1.6μm，峰值在1.1μm左右，符合米氏理论，其对太阳光具有强烈散射效果。由纤维和微球随机排列形成了独特的微孔,在可见光红外波段(0.25-2.5μm)平均反射率约为98.0％，在大气窗口(8-13μm)的平均发射率约为89.0％。在室外光强为900-1000w/m2的情况下的最大温差为16.1℃，展现了优异的降温效果。18、(2)本发明的制备方法，将有机聚合物和无机微纳粒子通过硅烷偶联剂作用加强了氢键力，提升了界面相互作用。在该静电纺丝膜的制备过程中，易形成具有微孔结构的致密纤维网络，其中peo纤维和无机微米粒子通过氢键架桥连接形成独特的类蜘蛛丝结构，有效解决了孔与力学性能拮抗的问题，具有高的机械强度，其拉伸强度最高为6.21mpa，韧性为245％。该静电纺丝膜具有柔性、机械性能强、可扩展性强等优点。技术特征：1.一种辐射冷却膜的制备方法，其特征在于，无机微纳米颗粒、硅烷偶联剂与有机高聚物溶液混合得到静电纺丝前驱液，静电纺丝前驱液进行静电纺丝得到静电纺丝膜，静电纺丝膜干燥后即得辐射冷却膜。2.根据权利要求1所述的辐射冷却膜的制备方法，其特征在于，将无机微纳米颗粒、硅烷偶联剂加入到高聚物溶液中混合，共磁力搅拌4-10h，温度为35-45℃，然后超声去除气泡，得到静电纺丝前驱液，超声时间为30-60min，超声温度为30-40℃。3.根据权利要求1所述的辐射冷却膜的制备方法，其特征在于，静电纺丝工艺条件为：针头和接收板之间电压为14-20kv，纺丝针头到接收板的距离为10-20cm，注射针筒的推速为0.5-4ml/l，环境温度为15-35℃，环境湿度(rh)为30-90％。4.根据权利要求1所述的辐射冷却膜的制备方法，其特征在于，静电纺丝膜首先室温干燥，干燥时间为6h，然后真空干燥12h，真空温度为40℃，烘干后即得辐射冷却膜。5.根据权利要求1所述的辐射冷却膜的制备方法，其特征在于，无机微纳米颗粒的用量为有机高聚物溶液质量的0.5-11wt％；6.根据权利要求1所述的辐射冷却膜的制备方法，其特征在于，高聚物溶液为有机高聚物加入溶剂搅拌，磁力搅拌速度为400-600r/min，搅拌时间为2-4h。7.根据权利要求1所述的辐射冷却膜的制备方法，其特征在于，无机微纳米颗粒为二氧化硅或者二氧化钛，微纳米颗粒的粒径为0.15-10μm。8.根据权利要求1所述的辐射冷却膜的制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(kh-570)、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷(kh-792)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(kh-550)、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh-560)中的一种或几种。9.根据权利要求1所述的辐射冷却膜的制备方法，其特征在于，辐射冷却膜用于建筑物落地玻璃、汽车室外露天车棚降温。技术总结本发明属于辐射冷却技术领域，尤其涉及一种辐射冷却膜的制备方法。无机微纳米颗粒、硅烷偶联剂与有机高聚物溶液混合得到静电纺丝前驱液，静电纺丝前驱液进行静电纺丝得到静电纺丝膜，静电纺丝膜干燥后即得辐射冷却膜。其柔性结构可单独降温，也可配合冷却结构更为高效降温。本发明制备方法简单，耐久性优，降温效果好，具有给建筑物落地玻璃、汽车室外露天车棚降温等用途。技术研发人员：张龙,杜雅楠,王巍受保护的技术使用者：长春工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/15