一种增强大气窗口发射率的辐射制冷薄膜及其制备方法与流程

本技术涉及一种增强大气窗口发射率的辐射制冷薄膜及其制备方法，属于新材料领域和节能环保领域。

背景技术：

1、对物质而言，当分子中的原子或者原子团从高能量的振动状态转变到低能量的振动状态时，会产生2.5μm～25μm波段的红外辐射。辐射制冷技术是指将热源热量透过红外辐射的大气窗口（常见大气窗口波段有0.25~2.5um、3.2~4.8um、8~13um）向外太空冷源传递从而实现降温，可广泛应用户外环境，具有可观的应用和发展前景。

2、一般而言，为获得较高的太阳光反射率，辐射制冷薄膜多采用无机陶瓷颗粒作为填充材料。然而，陶瓷颗粒在8-13um处具有较强的表面共振反射效应，从而抑制发射率，削弱辐射制冷功率。一直以来，如果实现既不影响薄膜的太阳光反射率又满足材料在8~13um波段具有高的发射率都是业界需要解决的难题，因此亟需一种辐射制冷薄膜新材料来解决上述问题。

技术实现思路

1、根据本技术的一个方面，提供了一种增强大气窗口发射率的辐射制冷薄膜，通过增强薄膜材料表面的粗糙度，降低材料表面的等效折射率，从而降低表面共振反射效应，以获得高发射率的辐射制冷薄膜。

2、本技术采用如下技术方案：

3、一种增强大气窗口发射率的辐射制冷薄膜，包括太阳光反射层；

4、所述太阳光反射层的上下两侧分别设置有上保护层和下保护层；

5、所述上保护层远离太阳光反射层一侧的内部和表面含有均匀分散的无机陶瓷颗粒；

6、所述上保护层远离太阳光反射层的一面为粗糙面，所述粗糙面由无机陶瓷颗粒均匀镶嵌分散在所述上保护层远离太阳光反射层一侧的表面形成；

7、所述粗糙面上无机陶瓷颗粒的尺寸为1~200um；

8、所述增强大气窗口发射率的辐射制冷薄膜在大气窗口为8~13um段的发射率≥98%。

9、可选地，所述颗粒尺寸选自1um、5um、10um、20um、30um、40um、50um、60um、70um、80um、90um、100um、110um、120um、130um、140um、150um、160um、170um、180um、190um、200um中的任意值，或任意两者间的范围值。

10、通过增强薄膜材料表面的粗糙度，降低材料表面的等效折射率，从而降低表面共振反射效应，以获得高发射率的辐射制冷薄膜。

11、可选地，所述太阳光反射层包括机高分子树脂和无机陶瓷颗粒。

12、可选地，所述太阳光反射层中无机陶瓷颗粒含量为5~60wt%。

13、可选地，所述太阳光反射层中无机陶瓷颗粒含量选自5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%、30wt%、35wt%、40wt%、45wt%、50wt%、55wt%、60wt%中的任意值，或任意两者间的范围值。

14、可选地，所述有机高分子树脂选自pvc、pmma、pet、pc、pp中的至少一种。

15、所述有机高分子树脂的种类选择需避免材料在0.3~2.5um波长范围对太阳光的吸收，尤其是1.5um~3um范波长范围内的高分子特征吸收。

16、可选地，所述太阳光反射层中，层间孔道的孔径为0.3~2.5µm，竖向孔道的孔径<5µm。

17、可选地，所述太阳光反射层中，无机陶瓷颗粒的嵌入采用竖向分布式层状无机颗粒嵌入结构。

18、所述太阳光反射层其夹层间隙需满足在0.3~2.5um波长范围内有较高的光学散射效率，控制竖向间隙<5µm。

19、可选地，所述太阳光反射层中，有机高分子树脂的含量为40~95wt%。

20、可选地，所述有机高分子树脂的特性粘度为0.65~0.78dl/g。

21、可选地，所述太阳光反射层中的无机陶瓷颗粒的粒径＜5µm。

22、所述无机陶瓷颗粒为多维尺寸颗粒。

23、所述无机陶瓷颗粒的种类选择需满足材料在0.3~2.5um波长范围内无太阳光吸收、具有高的光学散射效率。

24、可选地，所述无机陶瓷颗粒独立地选自二氧化硅、氧化锌、硫酸钡、氧化铝中的至少一种。

25、可选地，所述下保护层远离太阳光反射层的一面为光滑面。

26、根据本技术的另一方面，提供了一种上述增强大气窗口发射率的辐射制冷薄膜的制备方法，包括如下步骤：

27、在太阳光反射层的一面涂布制备下保护层，在太阳光反射层的另一面涂布和/或喷砂制备上保护层，并形成粗糙面。

28、在溶液中混入无机陶瓷颗粒，调整上保护层的粗糙度，将光滑面转变为磨砂面，从而在不影响太阳光反射率的情况下，提高薄膜材料的大气窗口发射率。

29、可选地，所述涂布和/或喷砂制备上保护层的方法包括：

30、将包含如下组分的上保护层原料涂布到太阳光反射层的一面，干燥形成粗糙面，得到上保护层；

31、所述上保护层的原料包含以下组分：10~20wt%水、1~5wt%分散剂、1~2wt%流平剂、1~3wt%成膜助剂、20~50wt%高分子树脂乳液、5~50wt%无机陶瓷颗粒。

32、可选地，所述上保护层的原料中所述水选自10 wt%、11 wt%、12 wt%、13 wt%、14wt%、15 wt%、16wt%、17 wt%、18 wt%、19 wt%、20wt%中的任意值，或任意两者间的范围值。

33、可选地，所述上保护层的原料中所述分散剂选自1 wt%、1.5 wt%、2 wt%、2.5 wt%、3wt%、3.5 wt%、4wt%、4.5 wt%、5 wt%中的任意值，或任意两者间的范围值。

34、可选地，所述上保护层的原料中所述流平剂选自1wt%、1.1 wt%、1.2 wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5 wt%、1.6wt%、1.7 wt%、1.8 wt%、1.9 wt%、2wt%中的任意值，或任意两者间的范围值。

35、可选地，所述上保护层的原料中所述成膜助剂选自1wt%、1.1 wt%、1.2 wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5 wt%、1.6wt%、1.7 wt%、1.8 wt%、1.9 wt%、2wt%、2.1 wt%、2.2 wt%、2.3wt%、2.4wt%、2.5 wt%、2.6wt%、2.7 wt%、2.8 wt%、2.9 wt%、3wt%中的任意值，或任意两者间的范围值。

36、可选地，所述上保护层的原料中所述高分子树脂乳液选自20 wt%、25 wt%、30wt%、35wt%、40wt%、45 wt%、50wt%中的任意值，或任意两者间的范围值。

37、可选地，所述上保护层的原料中所述无机陶瓷颗粒选自5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25 wt%、30wt%、35wt%、40wt%、45 wt%、50wt%中的任意值，或任意两者间的范围值。

38、通过调整涂布和喷砂的厚度、无机陶瓷颗粒的粒径、上保护层原料的组分，可以调整上保护层粗糙度，将光滑面转变为磨砂面，在不影响太阳光反射率的情况下，提高薄膜材料的大气窗口发射率，实现在8-13um的大气窗口发射率可达98%。

39、可选地，所述分散剂为圣诺普科sn-5040。

40、可选地，所述流平剂为陶氏亚乐顺rm-2020。

41、可选地，所述成膜助剂为陶氏醇脂十二。

42、可选地，所述高分子树脂乳液为陶氏易韧达ac-8556a。

43、可选地，所述无机陶瓷颗粒独立地选自二氧化硅、氧化锌、硫酸钡、氧化铝中的至少一种。

44、可选地，所述无机陶瓷颗粒为二氧化硅。

45、可选地，所述无机陶瓷颗粒的粒径为1~200um。

46、上保护层中无机陶瓷颗粒填充在上保护层内部和镶嵌在上保护层表面，上保护层中的无机陶瓷颗粒的尺寸为1~200um。

47、可选地，所述太阳光反射层采用如下步骤制备得到：

48、s1、造粒：将含有高分子树脂、无机陶瓷颗粒、扩链剂、分散剂的混合物进行双螺杆混炼造粒，得到功能母粒；

49、s2、铸片：采用流延工艺，将步骤s1得到的功能母粒熔融塑化、流延得到铸片；

50、s3、拉伸成膜：将步骤s2得到的铸片进行纵向拉伸、横向拉伸、热定型、收卷和包装，即得到所述太阳光反射层。

51、可选地，所述混合物中，高分子树脂的重量百分含量为40~95wt%；无机陶瓷颗粒的重量百分含量为5~60wt%；扩链剂的重量百分含量为1~5wt%；分散剂的重量百分含量为1~5wt%。

52、可选地，所述扩链剂选自醇类扩链剂1，4一丁二醇(bdo)、氨类扩链剂moca、氢醌一二(β一羟乙基)醚(hqee)中的至少一种。

53、可选地，所述分散剂为乙撑双硬脂酸酰胺（ebs）。

54、可选地，所述涂布制备下保护层的方法包括：

55、将包含如下组分的下保护层原料涂布到太阳光反射层的一面，干燥得到下保护层；

56、所述下保护层包含以下组分：5~10wt%水、3~5 wt %流平剂、5~10 wt %固化剂、5~10 wt %有机溶剂、60~80 wt %聚乙烯醇溶液。

57、可选地，所述流平剂选自伊士曼cab-381-20、迪高370中的至少一种。

58、可选地，所述固化剂为3-氯-2,6-二乙基苯胺。

59、可选地，所述有机溶剂为异丙醇。

60、可选地，所述聚乙烯醇溶液选用日本可乐丽pva217进行配置，固含量为5~10%。

61、根据本技术的另一方面，提供了一种上述增强大气窗口发射率的辐射制冷薄膜或上述制备方法制备得到的增强大气窗口发射率的辐射制冷薄膜在建筑外墙、光伏电池、汽车车窗、大型油库中的应用。

62、本技术能产生的有益效果包括：

63、本技术提供的增强大气窗口发射率的辐射制冷薄膜，可以通过调整上保护层粗糙度，将光滑面转变为磨砂面，在不影响太阳光反射率的情况下，提高薄膜材料的大气窗口发射率，实现在8-13um的大气窗口发射率可达98%。本技术提供的辐射制冷薄膜作为一种辐射制冷新材料，用于建筑外墙、光伏电池、汽车车窗、大型油库的材料，可实现对能量的高效调控，降低有源制冷功耗，节省能源，降低碳排放。