[發明專利]一種聚酯類輻射冷卻降溫膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210068007.1
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114605689B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 王璟;白書欣;安一卓;孫駿宇;紀澄;郭濤濤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: C08J7/04
• 分類號: C08J7/04;C08J7/12;C09D167/02;C09D7/65;C09D7/63;C08J9/28;C08L67/02
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發明公開了一種聚酯類輻射冷卻降溫膜及其制備方法和應用，該膜的制備包括：將聚酯類聚合物、溶劑、聚合物添加劑、鈦酸酯偶聯劑制成鑄膜液；將鑄膜液涂覆在支撐膜表面，對所得濕膜進行靜置，再浸泡在非溶劑凝固浴中，由此制得聚酯類輻射冷卻降溫膜。本發明聚酯類輻射冷卻降溫膜具有抗拉強度高、界面結合強度高、柔性性能優異、隔熱降溫性能優異等優點，可隨意彎折卷曲，能夠適用于各自不同性質、形狀的基體，有利于聚酯類輻射冷卻降溫膜的推廣和應用，使用價值高，應用前景好。本發明制備方法具有工藝簡單、操作方便、對設備要求低、溶劑及非溶劑可回收利用、生產成本低、成膜效率高等優點，適合規模化的工業生產，對節能環保具有重要意義。

技術領域

本發明屬于隔熱材料技術領域，尤其涉及一種聚酯類輻射冷卻降溫膜及其制備方法和應用。

背景技術

陽光暴曬下，為達到無能耗的隔熱降溫目的，可以在基體(建筑物、帳篷、停車棚、車或其他設備)表面覆蓋輻射冷卻降溫膜或直接設置在基體上方。但是，目前市面上同類產品幾乎都只能部分阻隔太陽光能量的進入，而無法實現內部熱量的高效散出，比如鋁箔。現有隔熱膜產品常常用鋁箔來反射太陽光，雖然鋁箔能夠反射紅外熱，但其無法輻射紅外熱，因此散熱效果極差，并且還存在如下問題：鋁箔會吸收紫外光，導致部分太陽光熱量的進入到內部；鋁箔與襯底的結合強度較差，且耐腐蝕、耐候性較差，上述缺陷的存在限制了現有隔熱膜產品的使用壽命和隔熱效果。往隔熱膜中引入輻射型填料，雖然能夠改善散熱問題，但是該填料型隔熱膜產品的性能容易受到填料分布均勻性的影響，而且引入的填料會增加膜的面密度。因此，上述問題的存在，使得現有隔熱膜產品難以滿足更高的應用要求，不利于其推廣和應用。

輻射冷卻技術是一種通過與寒冷外太空交換輻射能來冷卻物體的方法，能顯著降低制冷所需能耗，從而減少對環境的負面影響，現已成為一個新興的研究熱點。為達到降溫效果，要求材料僅在8～13μm的大氣窗口波段有強輻射能力以實現熱量的充分導出，在0.3～2.5μm的太陽光波段有強反射能力以阻止太陽光熱量的傳入。為了使日間輻射致冷器件具備嚴格的光譜選擇性，研究人員開發并報道了一系列基于超材料的輻射致冷材料和器件，并在戶外降溫性能測試中取得了一定的致冷效果，其中基于無序多孔結構的高分子膜因為具備規模化制備潛力而被深入研究，比如氟碳樹脂PVDF、聚硅氧烷PDMS、聚乙烯PE基多孔膜。雖然這些多孔膜的光譜性能表現出一定的光譜選擇性，基本滿足輻射冷卻要求，但力學性能尚有較大提升空間。聚酯薄膜是目前市面上應用最廣的一種熱塑性高分子塑料薄膜，因其綜合性能優良而受到廣大消費者的青睞，通常為無色透明、有光澤，機械性能優良，剛性、硬度及韌性高，耐穿刺，耐摩擦，耐高溫和低溫，耐化學藥品性、耐油性、氣密性和保香性良好，是常用的復合薄膜基材之一。例如，聚對苯二甲酸乙二酯(PET)是一種商業化的半結晶芳香族聚酯，具備非常優異的機械、化學和熱性能，性價比較高，是熱塑性聚酯中最重要的品種，而且基于PET多孔膜的應用市場也非常巨大，常用作光反射膜、分離膜、光轉化農膜及各種功能膜的支撐體，但幾乎沒有將PET基多孔膜用于輻射冷卻領域的報道。開發輻射冷卻用高性能PET多孔膜不僅有助于解決現有材料的力學性能、低成本規模化制備等瓶頸問題，而且對拓展以PET為代表的聚酯薄膜的應用領域具有重要意義。

現有PET多孔膜常用的制備方法有熔融拉伸法、微孔發泡法、徑跡刻蝕法和模板法。但用這些方法制備的PET多孔膜難以直接用于輻射冷卻降溫，因為孔形態單一，孔隙率偏低，難以實現多波段光反射特性的協同調控。在本申請發明人的前期研究中，利用非溶劑致相分離法在柔性支撐膜上制備了一層PET多孔膜，表現出良好的太陽光反射能力和大氣窗口內的紅外輻射能力，但是因為PET分子剛性較大，制備成高孔隙的多孔結構后脆性更大，不耐彎折，且非常容易與底部支撐膜剝離；同時，高太陽光反射率依賴于多孔膜厚度，而增加厚度會促進球粒結構的增多，進一步破壞多孔膜的力學性能。與此同時，在本申請發明人的實際研究過程中還發現：對聚酯這一類結晶性聚合物而言，非溶劑/溶劑/聚酯三元體系在熱力學上很容易發生由結晶引發的固–液分相，從而得到球粒結構，在動力學上也容易伴隨結晶和長大，促進球粒形成，而球粒結構的大量存在極易造成多孔膜的力學性能變差，顯然，現有制備工藝中，由聚酯類聚合物制備的高孔隙率多孔膜仍然存在力學性能不能滿足要求的缺陷。