[发明专利]一种聚酯类辐射冷却降温膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚酯类辐射冷却降温膜及其制备方法和应用，该膜的制备包括：将聚酯类聚合物、溶剂、聚合物添加剂、钛酸酯偶联剂制成铸膜液；将铸膜液涂覆在支撑膜表面，对所得湿膜进行静置，再浸泡在非溶剂凝固浴中，由此制得聚酯类辐射冷却降温膜。本发明聚酯类辐射冷却降温膜具有抗拉强度高、界面结合强度高、柔性性能优异、隔热降温性能优异等优点，可随意弯折卷曲，能够适用于各自不同性质、形状的基体，有利于聚酯类辐射冷却降温膜的推广和应用，使用价值高，应用前景好。本发明制备方法具有工艺简单、操作方便、对设备要求低、溶剂及非溶剂可回收利用、生产成本低、成膜效率高等优点，适合规模化的工业生产，对节能环保具有重要意义。

技术领域

本发明属于隔热材料技术领域，尤其涉及一种聚酯类辐射冷却降温膜及其制备方法和应用。

背景技术

阳光暴晒下，为达到无能耗的隔热降温目的，可以在基体(建筑物、帐篷、停车棚、车或其他设备)表面覆盖辐射冷却降温膜或直接设置在基体上方。但是，目前市面上同类产品几乎都只能部分阻隔太阳光能量的进入，而无法实现内部热量的高效散出，比如铝箔。现有隔热膜产品常常用铝箔来反射太阳光，虽然铝箔能够反射红外热，但其无法辐射红外热，因此散热效果极差，并且还存在如下问题：铝箔会吸收紫外光，导致部分太阳光热量的进入到内部；铝箔与衬底的结合强度较差，且耐腐蚀、耐候性较差，上述缺陷的存在限制了现有隔热膜产品的使用寿命和隔热效果。往隔热膜中引入辐射型填料，虽然能够改善散热问题，但是该填料型隔热膜产品的性能容易受到填料分布均匀性的影响，而且引入的填料会增加膜的面密度。因此，上述问题的存在，使得现有隔热膜产品难以满足更高的应用要求，不利于其推广和应用。

辐射冷却技术是一种通过与寒冷外太空交换辐射能来冷却物体的方法，能显著降低制冷所需能耗，从而减少对环境的负面影响，现已成为一个新兴的研究热点。为达到降温效果，要求材料仅在8～13μm的大气窗口波段有强辐射能力以实现热量的充分导出，在0.3～2.5μm的太阳光波段有强反射能力以阻止太阳光热量的传入。为了使日间辐射致冷器件具备严格的光谱选择性，研究人员开发并报道了一系列基于超材料的辐射致冷材料和器件，并在户外降温性能测试中取得了一定的致冷效果，其中基于无序多孔结构的高分子膜因为具备规模化制备潜力而被深入研究，比如氟碳树脂PVDF、聚硅氧烷PDMS、聚乙烯PE基多孔膜。虽然这些多孔膜的光谱性能表现出一定的光谱选择性，基本满足辐射冷却要求，但力学性能尚有较大提升空间。聚酯薄膜是目前市面上应用最广的一种热塑性高分子塑料薄膜，因其综合性能优良而受到广大消费者的青睐，通常为无色透明、有光泽，机械性能优良，刚性、硬度及韧性高，耐穿刺，耐摩擦，耐高温和低温，耐化学药品性、耐油性、气密性和保香性良好，是常用的复合薄膜基材之一。例如，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)是一种商业化的半结晶芳香族聚酯，具备非常优异的机械、化学和热性能，性价比较高，是热塑性聚酯中最重要的品种，而且基于PET多孔膜的应用市场也非常巨大，常用作光反射膜、分离膜、光转化农膜及各种功能膜的支撑体，但几乎没有将PET基多孔膜用于辐射冷却领域的报道。开发辐射冷却用高性能PET多孔膜不仅有助于解决现有材料的力学性能、低成本规模化制备等瓶颈问题，而且对拓展以PET为代表的聚酯薄膜的应用领域具有重要意义。

现有PET多孔膜常用的制备方法有熔融拉伸法、微孔发泡法、径迹刻蚀法和模板法。但用这些方法制备的PET多孔膜难以直接用于辐射冷却降温，因为孔形态单一，孔隙率偏低，难以实现多波段光反射特性的协同调控。在本申请发明人的前期研究中，利用非溶剂致相分离法在柔性支撑膜上制备了一层PET多孔膜，表现出良好的太阳光反射能力和大气窗口内的红外辐射能力，但是因为PET分子刚性较大，制备成高孔隙的多孔结构后脆性更大，不耐弯折，且非常容易与底部支撑膜剥离；同时，高太阳光反射率依赖于多孔膜厚度，而增加厚度会促进球粒结构的增多，进一步破坏多孔膜的力学性能。与此同时，在本申请发明人的实际研究过程中还发现：对聚酯这一类结晶性聚合物而言，非溶剂/溶剂/聚酯三元体系在热力学上很容易发生由结晶引发的固–液分相，从而得到球粒结构，在动力学上也容易伴随结晶和长大，促进球粒形成，而球粒结构的大量存在极易造成多孔膜的力学性能变差，显然，现有制备工艺中，由聚酯类聚合物制备的高孔隙率多孔膜仍然存在力学性能不能满足要求的缺陷。