[发明专利]无金属的太阳光反射红外发射的涂料及其制备方法

说明书

用于太阳光反射红外发射涂层的不含金属的组合物及其制备方法。当此类物体暴露在阳光直射下时，该涂料适用于在日落和日出之间（夜间）以及部分或整个白天（日出和日落之间）将物体的温度降低到环境温度以下。这样的太阳光反射红外发射涂料可以包括在聚合物基质中包含颗粒的颗粒聚合物复合材料，其中所述颗粒是纳米颗粒或微粒，所述涂料不包含金属组分，并且所述涂料在0.3至3微米的太阳光光谱波长下显示出高反射率，并且在8到13微米波长下显示出高发射率。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年10月3日提交的美国临时申请62/740,552和2018年11月13日提交的美国临时申请62/760,281的权益。这些在先申请的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于耗散热能的方法和材料。本发明特别涉及用于太阳光反射红外发射涂层的无金属组合物，包括辐射冷却涂料。

背景技术

冷却暴露于直射阳光下的物体是对于建筑物、汽车和设备具有挑战性但必不可少的需求。空调是一种广泛使用的主动冷却方法，但是会消耗大量电能。此外，对于某些设备来说，主动冷却是不可能的或不可行的，从而导致过热问题和性能下降。已经提出了辐射被动冷却技术，该技术利用通过“天窗”的高发射来将热能传递到深空，而不依赖于电力。如本领域中已知的且如本文所使用的，术语“天窗”是指大气的透明光谱窗，其范围从8微米到约13微米，其中发射可以直接从地球表面通过地球大气层传输到达深空，其作为4K散热器。现有的利用天窗的被动冷却技术通常使用昂贵的多层结构，该多层结构包括金属层以促进高的太阳光反射。但是，金属部件会干扰高频信号，导致通信网络中的室外设备发生故障，并阻碍建筑物中的手机信号接收。金属部件还增加了产品的成本并给其应用带来了不便。这样，开发在辐射冷却技术的某些应用中使用的无金属组分的单层涂料将是合乎需要的，并且在某些情况下是必要的。

发明内容

本发明提供用于太阳光反射红外发射涂层(为方便起见，在下文中称为涂料)的无金属组合物及其制备方法。该涂料适用于在夜间(日落和日出之间)和部分或整个白天(日出和日落之间)当物体受到阳光直射时将物体的温度降低到低于环境温度。

根据本发明的一个方面，一种太阳光反射红外发射涂料包括在聚合物基质中包含粒子的粒子聚合物复合材料，其中所述粒子是纳米颗粒或微粒，所述涂料不包含金属成分，并且所述涂料对于0.3至3微米的太阳光谱波长显示出高反射率；对于8至13微米的波长显示出高发射率。

根据本发明的另一方面，太阳光反射红外发射涂料包括不含聚合物基质的纳米颗粒，其中该涂料不包含金属组分，并且该涂料对于0.3-3微米的太阳光谱波长显示出高反射率，对于8至13微米的波长显示出高发射率。

如上所述的太阳光反射红外发射涂料的技术方面优选地包括：在夜间和部分或整个白天，当物体受到直射阳光时，使物体低于环境温度的能力；并且无需涂料包括金属组分就可以实现这种能力，所述金属组分会干扰高频信号，导致通信网络中的室外设备发生故障，阻碍建筑物中的手机信号接收，增加产品成本并给其应用带来不便。

从以下详细描述中将理解本发明的其他方面和优点。

附图说明

图1A包含的图像示出了实验用的含TiO₂纳米颗粒的丙烯酸复合涂料(“TiO₂”)，实验用的含CaCO₃微粒的复合涂料(“CaCO₃”)，实验用的含BaSO₄纳米颗粒的丙烯酸复合涂料(“BaSO₄”)，市售白色涂料(“市售”)，以及评估为辐射冷却涂料的炭黑涂料(“黑”)。

图1B和1C分别是图1A的实验用含CaCO₃微粒的复合涂料和实验用含BaSO₄纳米颗粒的丙烯酸复合涂料的扫描电子显微镜(SEM)图像。图1B和1C的比例尺分别是10μm和5μm。