一种高辐射降温性能复合纤维膜PVDF-HFP/PDMS及其制备方法

技术领域

本发明属于辐射降温材料领域，具体涉及一种高辐射降温性能复合纤维膜PVDF-HFP/PDMS及其制备方法。

背景技术

传统降温技术(如空调、风扇等)需消耗额外的能源，且进一步加剧了温室气体的排放，影响了人类社会的可持续发展。而新型被动式辐射降温技术是一种利用功能材料其特殊的选择性反射和发射特征，将自身的热量以中红外辐射的方式通过8-13um的“大气窗口”辐射到寒冷的外太空，从而实现自身的冷却降温。该种新型被动式降温技术无需消耗额外的能量，即可实现自动降温，且无污染气体排放，可在智能穿戴织物、建筑降温、生物医疗等领域得到广泛的应用。

然而，实现高效的日间辐射降温仍是一个巨大的挑战。因材料在白天太阳辐照下，可通过可见光的形式持续吸收一定的热量，而仅仅几个百分点的太阳光吸收率就可抵消甚至超过来自红外辐射的冷却效果。因此，辐射功能材料的高太阳光反射和中红外发射是实现高效的日间降温的关键。

目前，被动式辐射降温材料大多采用电子束光刻、磁控溅射等微纳工艺在金属镜面上制备光子晶体、多层光子结构、电介质、聚合物-聚合物介质复合材料等，其仍存在制备工艺复杂、成本较高等问题。近期，专利CN110117427A采用多层结构实现了95％的0.3-2.5μm波段反射率与0.93的8-13μm波段中红外发射，以达到日间辐射降温效果，但其实施和制备过程较为复杂，且降温效率仍有待进一步提升；专利CN110330818A中制备的辐射降温纳米功能组合物具有红外选择性，但其8-13μm波段中红外发射率仅为0.89-0.92。

因此，目前辐射降温材料仍存在成本过高、制备工艺复杂、辐射降温性能有待进一步提高等问题，且材料的综合性能无法兼顾，如耐磨性、耐水洗、透气性等。综上所述，一种易于大规模低成本制造、降温性能优异且耐水洗的高辐射降温性能复合纤维膜亟待开发。

发明内容

本发明的目的：本发明的目的是提供一种高辐射降温性能复合纤维膜的制备方法，解决了辐射降温材料的日间降温效果不佳、成本高、疏水性差等问题。本发明旨在降低材料成本，提升辐射降温效果，提升耐水洗性，使其在可穿戴织物，建筑降温等领域得到广泛的应用。

本发明的技术方案是：为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高辐射降温性能复合纤维膜PVDF-HFP/PDMS及其制备方法，PVDF-HFP中的-CF

本发明将PVDF-HFP粉末溶于有机溶剂后与PDMS混合配制成PVDF-HFP/PDMS复合溶液，然后通过静电纺丝方法，获得一种高辐射降温性能复合纤维膜PVDF-HFP/PDMS。具体步骤为：

(1)将适量的PVDF-HFP粉末通过水浴加热溶于有机溶剂得到PVDF-HFP溶液；

(2)将上述PVDF-HFP溶液与PDMS混合均匀，在室温条件下搅拌30min，得到PVDF-HFP/PDMS混合液。

(3)将上述PVDF-HFP/PDMS混合液借助静电纺丝工艺，最终得到复合纤维膜PVDF-HFP/PDMS。

进一步地，步骤(1)中，所使用的有机溶剂为丙酮溶液和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶液，其质量比为1∶1；

进一步地，步骤(1)中，所使用的PVDF-HFP溶液的固含量为20wt％；

优选地，步骤(1)中，反应温度为40-50℃，反应时间为5h。

进一步地，步骤(2)中，PVDF-HFP溶液与PDMS的质量比为9∶1；

进一步地，步骤(3)中静电纺丝的环境温度为25-45℃，电压为18-25kV，推料速度为1-10mL/h，针头和接收器滚筒的间距为5-15cm，滚筒的转速为200rpm，纺丝的时间为5-30h。

优选地，步骤(3)中，静电纺丝的环境温度为40℃，电压为20kV，推料速度为2mL/h，针头和接收器滚筒的间距为12cm，滚筒的转速为200rpm，纺丝的时间为15h。

有益效果：

(1)本发明提出了一种制备辐射降温复合纤维膜的新方法。

(2)性能优异：优异的日间和夜间辐射降温性能，0.3-2.5μm波段的平均太阳光反射率高达98.86％，8-13μm“大气窗口”波段的平均中红外发射率高达0.967，在日间738W/m

(3)与其他方法相比，该制备方法具有以下优点：

①制备过程简单，操作方便，可重复性高；

②环境友好，制备过程无污染物产生；

③可大尺寸制备，成本较低，具有良好的工业化应用前景；

④制得的产品兼具紫外-可见-近红外宽波段高反射、中红外高发射、抗拉伸、耐水洗、高柔性等优点。

(4)本发明为低成本、规模化制备辐射降温膜提供了新方法，为建筑物、大功率电子设备、可穿戴织物等实现零能耗降温提供了新的技术途经。

附图说明：

图1为实施例1产物的实物图。

图2为实施例1产物的SEM图。

图3为实施例1产物在0.3-15μm的光谱图。

图4为实施例1产物在户外实测的温度曲线图。

图5为实施例1产物的接触角测试图。

具体实施方式：

本发明中制备材料的具体实施方式如下：

实施例1：将6g的PVDF-HFP粉末溶于丙酮和DMF的混合溶剂中，其中丙酮和DMF的质量均分别为12g，将混合液在45℃的水浴环境中搅拌加热5h；然后，将上述混合液与3.3gPDMS混合，并在室温下搅拌30min，得到PVDF-HFP/PDMS并用于静电纺丝；调节纺丝温度为40℃，电压为20kV，针头和滚筒间距为12cm，滚筒转速为200rpm，推料速度为2mL/h，纺丝时间为15h，最终得到复合纤维膜PVDF-HFP/PDMS。图1为产物的实物图，从图中可看出该薄膜呈白色。图2是复合纤维膜PVDF-HFP/PDMS的SEM图，由图可知，PVDF-HFP/PDMS共纺后成功混合，不分相，形成均匀单一的纤维膜，纤维直径约为200nm。图3是复合纤维膜PVDF-HFP/PDMS在0.3-15μm范围内的光谱图，可以看到纤维膜在0.3-2.5μm波段具有98.86％的高反射率；同时该产物在8-13μm波段具有0.967的中红外发射率。从图4的户外实测效果可以看出，与环境温度相比，在738W/m

实施例2

PDMS溶液的质量为7.5g，其他条件和实施例1相同，最终得到复合纤维膜PVDF-HFP/PDMS-2。所得产物在0.3-2.5μm波段具有89.88％的高反射率；同时该产物在8-13μm波段具有0.972的中红外发射率。从户外实测效果可以看出，与环境温度相比，在800W/m

实施例3

PDMS溶液的质量为2g，其他条件和实施例1相同，最终得到复合纤维膜PVDF-HFP/PDMS-3。所得产物在0.3-2.5μm波段具有99.01％的高反射率；同时该产物在8-13μm波段具有0.960的中红外发射率。从户外实测效果可以看出，与环境温度相比，在800W/m

实施例4

PDMS溶液的质量为0g，其他条件和实施例1相同，制得纤维膜PVDF-HFP。所得产物在0.3-2.5μm波段具有99.38％的高反射率；同时该产物在8-13μm波段具有0.957的中红外发射率。从户外实测效果可以看出，与环境温度相比，在800W/m