一种被动降温材料及其制备方法

本发明属于环保节能材料领域，具体涉及一种三层被动降温材料及其制备方法。

背景技术：

1、物体在太阳直射下，会由于光热效应导致温度升高，影响设施的正常工作生产以及人们的生活。为了消除高温的影响，通常采用空调等主动降温措施，消耗大量能源并进一步加剧“热岛效应”，导致恶性循环。因此，需要寻求一种低能耗的降温方法。

2、近年来，利用红外线将热量辐射到外太空中的被动降温材料引起了人们的广泛关注，依靠高太阳光(0.3 -2.5μm)反射率和红外(8-13μm)发射率在不消耗额外不可再生能源的情况下实现降温。美国科罗多拉大学杨荣贵教授创造性的采用随机堆积微球涂层实现辐射降温，并利用高反金属膜实现太阳光反射。发明专利201910249909.3(cn 109942865 a)公开了一种辐射制冷膜，采用在高反射的镀制金属膜上涂布高辐射涂料的方法达到被动降温的效果，而发明专利202010357879.0(cn 111574732a)公开了一种低成本辐射制冷膜，改进了制备方法，通过高反射的镀制金属膜上在流延的方式得到被动降温膜。然而，上述方法均依赖金属膜的镀制来实现高反射率，生产成本过高，生产工艺复杂。发明专利202111169026.5(cn 113698811 a)公开了一种降温涂料和降温涂层，利用液体腻子和面漆，分别实现了太阳光高反射和红外高发射，达到了被动降温的效果。该发明应用于建筑墙面，用于降低室内温度。涂料型降温材料成本较低，但是限制了应用场景，仅适用于建筑等大型设施的长期使用，使用不够便捷灵活。

3、由上述分析可知，目前的被动降温材料的发明主要以膜和涂层的形式。不论哪种形式，都忽略了热传导对降温的影响，降温材料本身对热量阻隔较弱，在实际应用中会影响降温效果，并且镀制金属膜法的成本相比填料与树脂复合方法更高，工艺过程更复杂，而涂料和腻子的应用场景受限，这些问题限制了被动降温材料的应用推广。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种被动降温材料及其制备方法，具有高太阳光反射率、高红外发射率以及优良的隔热性能，改善降温性能，同时生产成本低，应用场景丰富。

2、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种被动降温材料，包括上层反射层、中层辐射层和下层高分子中空膜层；其中，

3、所述上层反射层包含如下重量分数的组分：高分子树脂涂料50-80份、反射填料10-50份、助剂1-5份；

4、所述中层辐射层包含如下重量分数的组分：高分子树脂涂料50-80份、第一辐射填料10-20份、第二辐射填料10-20份、助剂1-5份；

5、所述下层高分子中空膜层为聚乙烯气泡膜、聚丙烯气泡膜、聚氨酯发泡膜、聚苯乙烯发泡膜、聚氯乙烯发泡膜中的任意一种。

6、其中，所述高分子树脂材料为环氧树脂涂料、聚酯树脂涂料、聚丙烯酸酯树脂涂料、聚酰胺树脂涂料、聚氨酯树脂涂料、聚烯烃树脂涂料、氟树脂涂料、硅树脂涂料或水性丙烯酸树脂涂料、水性环氧树脂涂料、水性聚氨酯涂料中的任意一种或多种的组合，优选的，所述高分子树脂材料为聚氨酯树脂涂料、丙烯酸酯树脂涂料、氟树脂涂料、硅树脂涂料、水性丙烯酸树脂涂料、水性聚氨酯涂料中的任意一种或多种的组合，所述优选的高分子树脂材料在8-13μm具有红外发射性能；所述高分子树脂涂料的固含量为20％-70％，优选的固含量为30％-50％。

7、所述上层助剂为光稳定剂、消泡剂、润湿剂、增稠剂的至少一种；所述中层助剂助剂为消泡剂、润湿剂、成膜助剂、增稠剂的至少一种。上述助剂为通用助剂，可以根据具体使用的树脂体系按照常规方法来选择使用。其中，所述的光稳定剂可以改善高分子树脂材料的耐紫外老化性能，所述的消泡剂、润湿剂、成膜助剂和增稠剂可以改善高分子树脂材料的成膜性能。在一些实施方式中，所述光稳定剂为ls292；消泡剂可以为毕克化学byk-024；润湿剂为毕克化学byk-345等，本领域技术人员应当知晓的是本申请的助剂的选择并不限于上述几种。

8、优选地，所述反射填料为氧化钛、氧化锆、氧化铝、硫化锌、硫酸钡的一种或多种的组合；所述填料的粒径为0.1-2μm。

9、所述第一辐射填料在8-10μm波段具有红外辐射特性；所述第二辐射填料在10-13μm波段具有红外辐射特性。

10、优选地，所述第一辐射填料为氧化硅、碳化硅、硅酸铝、硅酸钙、硫酸钙的一种或多种组合物；所述第二辐射填料为氮化硅、碳化硅、硅酸钙、锆英石的一种或多种组合物；所述填料的粒径为0.1-2μm。

11、所述上层反射层的厚度为50-500μm，中层辐射层的厚度为50-500μm，下层高分子中空膜层的厚度为1-20mm。

12、在具体应用时，本发明的被动降温材料的结构形式为膜、垫层或涂层的形式。

13、本发明还提出了上述三层被动降温材料的制备方法，包括如下步骤：

14、(1)按质量份将高分子树脂涂料与第一辐射填料和第二辐射填料混合，放置于行星球磨机中处理后，获得辐射涂料；按照质量份在辐射涂料中加入助剂，机械搅拌均匀后放置；

15、(2)按质量份将高分子树脂涂料与反射填料混合，放置于行星球磨机中处理后，获得反射涂料；按照质量份在反射涂料中加入助剂，机械搅拌均匀后放置；

16、(3)将步骤(1)中制得的辐射涂料喷涂在下层高分子中空膜层上，室温下干燥至涂层表干，制得降温材料中层；将步骤(2)中制得的反射涂料喷涂在中层上，制得降温材料上层；

17、(4)将喷涂好的成品干燥至涂层完全干燥，制得降温材料。

18、优选地，喷涂速度为55-75mm/s。

19、本发明开发的三层被动降温材料利用层叠结构，上层和中层分别通过功能填料与树脂复合赋予材料高太阳光反射率和高红外发射率，并且以低导热系数的中空材料为下层，赋予材料优良的隔热性能，降温效果优异，同时生产成本低，可铺设，可作为包装材料等，应用场景丰富，使用便捷，具有一定的创新性。

20、有益效果：本发明制备得到的降温材料具有太阳光高反射率，红外高发射率以及优异的热阻隔性能，增强了降温效果。针对红外辐射，采用填料复配的方式实现发射光谱的互补，达到发射窗口范围内宽光谱高发射的效果。节约生产成本，可用作铺设、材料包装等应用场景，使用便捷灵活。

技术特征：

1.一种被动降温材料，其特征在于，包括上层反射层、中层辐射层和下层高分子中空膜层；其中，

2.根据权利要求1所述的被动降温材料，其特征在于，所述高分子树脂材料为环氧树脂涂料、聚酯树脂涂料、聚丙烯酸酯树脂涂料、聚酰胺树脂涂料、聚氨酯树脂涂料、聚烯烃树脂涂料、氟树脂涂料、硅树脂涂料或水性丙烯酸树脂涂料、水性环氧树脂涂料、水性聚氨酯涂料中的一种或多种的组合；所述高分子树脂涂料的固含量为20%-70%；所述上层助剂为光稳定剂、消泡剂、润湿剂、增稠剂中的至少一种；所述中层助剂助剂为消泡剂、润湿剂、成膜助剂、增稠剂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的被动降温材料，其特征在于，所述反射填料为氧化钛、氧化锆、氧化铝、硫化锌、硫酸钡的一种或多种的组合；所述填料的粒径为0.1-2μm。

4.根据权利要求1所述的被动降温材料，其特征在于，所述第一辐射填料在8-10 μm波段具有红外辐射特性；所述第二辐射填料在10-13μm波段具有红外辐射特性。

5.根据权利要求4所述的被动降温材料，其特征在于，所述第一辐射填料为氧化硅、碳化硅、硅酸铝、硅酸钙、硫酸钙的一种或多种组合物；所述第二辐射填料为氮化硅、碳化硅、硅酸钙、锆英石的一种或多种组合物；所述填料的粒径为0.1-2μm。

6.根据权利要求1所述的被动降温材料，其特征在于，所述上层反射层的厚度为50-500μm，中层辐射层的厚度为50-500μm，下层高分子中空膜层的厚度为1-20 mm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的被动降温材料，所述材料结构形式为膜、垫层或涂层的形式。

8.权利要求1-6任一项所述的三层被动降温材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，喷涂速度为55-75 mm/s。

技术总结本发明公开了一种被动降温材料及其制备方法，所述三层被动降温材料包括上层、中层和下层，所述上层组成为：高分子树脂涂料50‑80份、反射填料10‑50份、助剂1‑5份；中层组成为：高分子树脂涂料50‑80份、第一辐射填料10‑20份、第二辐射填料10‑20份、助剂1‑5份；下层组成为高分子中空膜。本发明得到的被动降温材料具有高太阳光发射率和宽而高的大气窗口发射率，同时利用下层中空结构赋予材料优异的隔热性能，能够在不消耗额外能量的情况下有效降低内部或下方物体温度，应用场景广范，使用便捷，成本低廉。技术研发人员：方亮,曹大若,李明玮,陆春华,许仲梓受保护的技术使用者：南京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18