一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明涉及制冷降溫薄膜技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法。

背景技術(shù)：

2.隨著生活水平的提高，人類對于健康身體的追求更加迫切。特別是氣候變化導致的極端高溫或低溫天氣成為危害人類健康主要原因。在醫(yī)學水平日益提高的現(xiàn)代，各種高效藥物和醫(yī)學手術(shù)方案的出現(xiàn)，在治療人類疾病治療過程中發(fā)揮著重要作用，但依然面臨著諸多挑戰(zhàn)，比如高效藥昂貴性和手術(shù)治療的復(fù)雜性等缺點。研究人員發(fā)現(xiàn)，冷療在治療人體部分疾病方面具有極大的優(yōu)勢，可以彌補高效藥和手術(shù)治療存在的缺點?；诖耍絹碓蕉嗟难芯咳藛T專注于研究并開發(fā)出用于人體熱管理的材料或醫(yī)療器械。焦耳加熱織物、光熱轉(zhuǎn)換織物、輻射制冷等熱管理材料已在醫(yī)療傷口、眼部、皮膚等不同人體部位疾病治療方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

3.在輻射制冷領(lǐng)域，輻射制冷材料主要通過8-13μm的大氣透明窗口，將熱量以熱輻射電磁波的形式輸送到外太空。實現(xiàn)這一重要性能的材料主要以紅外高發(fā)射材料為主。而另一種功能材料是太陽光高反射材料，其能將入射太陽光電磁波反射到外太空，進而降低熱吸收以實現(xiàn)降溫效果。聚二甲基硅氧烷（pdms）本征的高發(fā)射率使其成為輻射制冷的理想材料。此外，多孔pdms的多孔結(jié)構(gòu)能增大其對電磁波的多重漫反射，進而顯著提高多孔pdms的制冷效果。

4.此外，通過水蒸發(fā)來散熱的蒸發(fā)制冷也是一種新型的無需電力輸入的被動冷卻技術(shù)。而聚乙烯醇（pva）水凝膠以其優(yōu)異的性能在蒸發(fā)制冷領(lǐng)域有著廣闊的前景。但是，目前單一的輻射制冷和蒸發(fā)制冷效果仍然難以滿足日益增長的制冷需求和日益復(fù)雜的制冷場景。

5.本發(fā)明將提供一種新的方案來解決此問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

6.針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的在于提供一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法。

7.其解決的技術(shù)方案是：一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法，該方法包括以下步驟：1）將nacl顆粒進行粉碎1-30 min，并通過網(wǎng)篩篩選獲得相應(yīng)尺寸的nacl微粒，待后續(xù)使用；2）將步驟1）得到的nacl微粒與未交聯(lián)的pdms原料混合并攪拌5-20 min，然后進行水浴超聲1-10min去除氣泡；3）將步驟2）得到的混合物均勻刮涂于玻璃板上，形成涂層，然后置于烘箱內(nèi)固化1-8h；

4）將固化后的涂層從玻璃板上剝離，并置于常溫去離子水內(nèi)1-3天，溶解nacl微粒形成多孔pdms；5）稱取一定質(zhì)量的pva聚合物與去離子水于容器內(nèi)混合，然后將容器置于水浴鍋內(nèi)磁力攪拌0.5-3h，使pva完全溶解形成pva水溶液；6）將步驟5）所得的pva水溶液水浴超聲5-30min去除氣泡，并在75-98℃的環(huán)境下保溫10min；7）將pva水溶液刮涂于玻璃板上，冷凍8-24h，然后再常溫解凍8-24h；8）重復(fù)步驟7）中冷凍-解凍循環(huán)3-5次，直至獲得pva水凝膠；9）將步驟（4）和步驟（8）所得的多孔pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

8.優(yōu)選的，所述步驟1）中網(wǎng)篩的孔徑為50-500目。

9.優(yōu)選的，所述步驟2）中nacl微粒與未交聯(lián)的pdms原料質(zhì)量比為1:5至5:1。

10.優(yōu)選的，所述未交聯(lián)的pdms原料可選用道康寧sylgard 184或邁圖rtv615 pdms。

11.優(yōu)選的，所述步驟3）中涂層厚度為25-1000μm，固化溫度為50-150℃。

12.優(yōu)選的，所述步驟5）中水浴溫度設(shè)置為75-98℃。

13.優(yōu)選的，所述步驟5）中pva水溶液的質(zhì)量分數(shù)為5%-20%。

14.優(yōu)選的，所述步驟8）中pva水凝膠的厚度為25-1000μm。

15.作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟5）中pva聚合物也可用paa聚合物代替。

16.通過以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：1.本發(fā)明將輻射制冷與蒸發(fā)制冷技術(shù)結(jié)合起來，制備出一種雙層制冷聚合物薄膜，即多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜，具有較高的發(fā)射率和反射率，輻射制冷與蒸發(fā)制冷性能滿足人體皮膚的降溫需求；2.本發(fā)明可以通過控制nacl與未交聯(lián)pdms原料的質(zhì)量配比及pva的質(zhì)量分數(shù)，可以得到具有不同輻射制冷和蒸發(fā)制冷效率的多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜，且制備過程簡單安全，可大規(guī)模批量制備。

附圖說明

17.圖1為根據(jù)實施例1制備的多孔pdms的表面掃描電鏡圖。

18.圖2為根據(jù)實施例1制備的多孔pdms的截面掃描電鏡圖。

19.圖3為實施例1制備的多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜與普通pdms薄膜在8-13μm的發(fā)射率對比圖。

20.圖4為實施例1制備的多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜在戶外環(huán)境下的降溫曲線圖。

具體實施方式

21.有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考附圖1至附圖4的詳細說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

22.下面結(jié)合以下實施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細的描述。

23.實施例1：1）將nacl顆粒置于高速多功能粉碎機內(nèi)粉碎5min，粉碎后的nacl粉末置于200目的網(wǎng)篩內(nèi)獲得相應(yīng)尺寸的nacl微粒，待后續(xù)使用；2）將nacl微粒與道康寧sylgard 184原料以質(zhì)量比為1:2混合，然后攪拌5min后水浴超聲10min去除氣泡；其中，道康寧sylgard 184原料中pdms聚合體與交聯(lián)劑的質(zhì)量比為10:1；3）將步驟2）得到的混合物均勻的刮涂于玻璃板，涂層厚度為300μm，置于80℃的烘箱內(nèi)固化8h；4）將固化后的涂層從玻璃板上剝離，并置于常溫去離子水內(nèi)3天以溶解nacl微粒形成多孔pdms；5）稱取一定質(zhì)量的pva聚合物與去離子水于燒杯內(nèi)混合，置于98℃的水浴鍋內(nèi)磁力攪拌2h，使pva完全溶解形成質(zhì)量分數(shù)為13%的pva水溶液；6）將步驟5）所得的pva水溶液水浴超聲15min去除氣泡，并在98℃環(huán)境下保溫10min；7）將pva水溶液刮涂于玻璃板上，冷凍8h，然后常溫解凍12h；8）重復(fù)步驟7）中冷凍-解凍循環(huán)3個周期，獲得厚度為300μm的pva水凝膠；9）將步驟4）和步驟8）所得的多孔pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜，即多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜。

24.實施例2：將實施例1中nacl微粒與道康寧sylgard 184原料質(zhì)量比替換為1:1，其他條件均不變，制備pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

25.實施例3：將實施例1中nacl微粒與道康寧sylgard 184原料質(zhì)量比替換為3:2，其他條件均不變，制備pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

26.實施例4：將實施例1中nacl微粒與道康寧sylgard 184原料質(zhì)量比替換為1:5，其他條件均不變，制備pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

27.實施例5：將實施例1中nacl微粒與道康寧sylgard 184原料質(zhì)量比替換為5:1，其他條件均不變，制備pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

28.實施例6：將實施例1中pva水溶液質(zhì)量分數(shù)替換為5%，其他條件均不變，制備pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

29.實施例7：將實施例1中pva水溶液質(zhì)量分數(shù)替換為20%，其他條件均不變，制備pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

30.實施例8：將實施例1中nacl微粒與道康寧sylgard 184原料質(zhì)量比替換為1:5,步驟3）中涂層厚度為25μm、固化溫度為50℃，步驟5）中水浴溫度設(shè)置為75℃，pva水溶液的質(zhì)量分數(shù)為5%，其他條件均不變，制備pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

31.實施例9：將實施例1中nacl微粒與道康寧sylgard 184原料質(zhì)量比替換為5:1,步驟3）中涂層厚度為1000μm、固化溫度為150℃，步驟5）中水浴溫度設(shè)置為98℃，pva水溶液的質(zhì)量分數(shù)為20%，其他條件均不變，制備pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

32.實施例10：

將實施例1中nacl微粒與道康寧sylgard 184原料質(zhì)量比替換為3:2,步驟3）中涂層厚度為25μm、固化溫度為50℃，步驟5）中水浴溫度設(shè)置為75℃，pva水溶液的質(zhì)量分數(shù)為5%，其他條件均不變，制備pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

33.實施例11：將實施例1中nacl微粒與道康寧sylgard 184原料質(zhì)量比替換為3:2,步驟3）中涂層厚度為1000μm、固化溫度為150℃，步驟5）中水浴溫度設(shè)置為98℃，pva水溶液的質(zhì)量分數(shù)為20%，其他條件均不變，制備pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

34.實施例12：將實施例1中pva水凝膠的厚度替換為25μm，其他條件均不變，制備pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

35.實施例13：將實施例1中pva水凝膠的厚度替換為1000μm，其他條件均不變，制備pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

36.實施例14：將實施例1中pva替換為paa，其他條件均不變，制備pdms和paa水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。

37.對比例1：普通pdms薄膜（厚度為300μm）對比例2：普通pdms薄膜（厚度為25μm）對比例3：普通pdms薄膜（厚度為1000μm）以上所述例中所涉及的測試方法及評價標準方法如下：掃描電鏡分析：使用掃描電子顯微鏡（jsm-5900lvsem）在5.0 kv電壓下采集掃描電子顯微鏡圖像(sem)。由圖1與圖2可知，pdms膜的表面均勻分布孔洞，說明多孔pdms膜的成功制備。

38.多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜對眼皮制冷性能測試：使用熱電偶數(shù)據(jù)記錄儀（型號tc-08），記錄多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜在輻射制冷/蒸發(fā)制冷的雙重機制下的溫度變化。

39.發(fā)射率（ε）測試：普通pdms薄膜與多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的紅外反射率（ρ）和透射率（τ）測量使用外接紅外積分球的ftir光譜儀（spotlight 200i）。根據(jù)透明物體的發(fā)射率公式：ε=1-ρ-τ得出普通pdms薄膜與多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的發(fā)射率。由圖3可知，多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的發(fā)射率與普通pdms薄膜相比，在紅外波8-13μm范圍內(nèi)平均發(fā)射率有了一定的提升。

40.戶外輻射制冷/蒸發(fā)制冷測試：使用熱電偶數(shù)據(jù)記錄儀（型號tc-08），記錄多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制冷性能。

41.表1 多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜在戶外環(huán)境中的平均制冷溫度實施例平均制冷溫度（℃）實施例16.41

實施例26.80實施例37.50實施例46.20實施例59.82實施例65.20實施例78.67實施例84.60實施例913.2實施例107.20實施例118.90實施例126.00實施例136.90實施例146.32對比例16.26對比例25.20對比例36.52由表1可知，戶外制冷的效果與原料的配比及pva的質(zhì)量分數(shù)均有關(guān)。由實施例1-5的數(shù)據(jù)可知，隨著nacl微粒與道康寧sylgard 184原料質(zhì)量比的增大，戶外制冷溫度也隨之增大；由實施例6-7與實施例12-13的數(shù)據(jù)可知，隨著pva水凝膠的質(zhì)量分數(shù)和厚度的增大，相應(yīng)的戶外制冷溫度也隨之提高；由實施例1-5與對比例1的數(shù)據(jù)對比可知，多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制冷效果優(yōu)于普通pdms薄膜。由實施例1-5與對比例1-3的數(shù)據(jù)對比可知，多孔pdms薄膜的厚度影響制冷效果，厚度越大，制冷效果越好。由實施例12和對比例2的數(shù)據(jù)結(jié)果可知，多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜在戶外的制冷效果比對照樣品的制冷效果低0.8 ℃。

42.由圖4可知，多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜與環(huán)境溫度相比，實驗測得的溫度遠低于環(huán)境溫度，說明了雙層的多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜具有很好的制冷效果。多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜在8小時內(nèi)的平均溫度為-5.88℃，比戶外平均溫度（0.53℃）低6.41℃，相比對照樣品，pdms/pva薄膜的平均溫度（-5.73℃）低0.15℃。

43.綜上所述，本發(fā)明將輻射制冷與蒸發(fā)制冷技術(shù)結(jié)合起來，即制備出一種雙層的制冷聚合物薄膜，該雙層聚合物薄膜由多孔pdms與pva組成，多孔pdms提供輻射制冷性能，不論是白天還是夜晚都能通過大氣透明窗口將熱量傳播至外太空；而pva通過蒸發(fā)制冷，白天為人體降溫，晚上能通過水蒸氣的重吸收恢復(fù)成原始狀態(tài)。本發(fā)明可以通過控制nacl與未交聯(lián)的pdms原料的質(zhì)量配比，以及pva的質(zhì)量分數(shù)得到具有不同輻射制冷和蒸發(fā)制冷效率的多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜，且制備過程簡單安全，可大規(guī)模批量制備，制備出的多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜具有較高的發(fā)射率和反射率，輻射制冷與蒸發(fā)制冷性能可滿足人體皮膚的降溫需求。

44.對于上述技術(shù)方案的進一步改進，水凝膠可以是paa或其他水凝膠。

45.以上是結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明具體實施僅局限于此；對于本發(fā)明所屬及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在基于本發(fā)明技術(shù)方

案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、數(shù)據(jù)的替換，都應(yīng)當落在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：1）將nacl顆粒進行粉碎1-30 min，并通過網(wǎng)篩篩選獲得相應(yīng)尺寸的nacl微粒，待后續(xù)使用；2）將步驟1）得到的nacl微粒與未交聯(lián)的pdms原料混合并攪拌5-20 min，然后進行水浴超聲1-10min去除氣泡；3）將步驟2）得到的混合物均勻刮涂于玻璃板上，形成涂層，然后置于烘箱內(nèi)固化1-8h；4）將固化后的涂層從玻璃板上剝離，并置于常溫去離子水內(nèi)1-3天，溶解nacl微粒形成多孔pdms；5）稱取一定質(zhì)量的pva聚合物與去離子水于容器內(nèi)混合，然后將容器置于水浴鍋內(nèi)磁力攪拌0.5-3h，使pva完全溶解形成pva水溶液；6）將步驟5）所得的pva水溶液水浴超聲5-30min去除氣泡，并在75-98℃的環(huán)境下保溫10min；7）將pva水溶液刮涂于玻璃板上，冷凍8-24h，然后再常溫解凍8-24h；8）重復(fù)步驟7）中冷凍-解凍循環(huán)3-5次，直至獲得pva水凝膠；9）將步驟（4）和步驟（8）所得的多孔pdms和pva水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法，其特征在于：所述步驟1）中網(wǎng)篩的孔徑為50-500目。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法，其特征在于：所述步驟2）中nacl微粒與未交聯(lián)的pdms原料質(zhì)量比為1:5至5:1。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法，其特征在于：所述未交聯(lián)的pdms原料可選用道康寧sylgard 184或邁圖rtv615 pdms。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法，其特征在于：所述步驟3）中涂層厚度為25-1000μm，固化溫度為50-150℃。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法，其特征在于：所述步驟5）中水浴溫度設(shè)置為75-98℃。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法，其特征在于：所述步驟5）中pva水溶液的質(zhì)量分數(shù)為5%-20%。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法，其特征在于：所述步驟8）中pva水凝膠的厚度為25-1000μm。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述一種多孔pdms/pva水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法，其特征在于：所述步驟5）中pva聚合物也可用paa聚合物代替。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種多孔PDMS/PVA水凝膠復(fù)合制冷薄膜的制備方法，將NaCl微粒與未交聯(lián)的PDMS原料混合并攪拌5-20 min，然后進行水浴超聲1-10min去除氣泡；得到的混合物均勻刮涂于玻璃板上，形成涂層，然后置于烘箱內(nèi)固化1-8h；將固化后的涂層從玻璃板上剝離，并置于常溫去離子水內(nèi)1-3天，溶解NaCl微粒形成多孔PDMS；多孔PDMS和PVA水凝膠進行粘附獲得雙層制冷聚合物薄膜；具有較高的發(fā)射率和反射率，輻射制冷與蒸發(fā)制冷結(jié)合，滿足人體皮膚的降溫需求；本發(fā)明通過控制NaCl與未交聯(lián)PDMS原料的質(zhì)量配比及PVA的質(zhì)量分數(shù)，可以得到具有不同輻射制冷和蒸發(fā)制冷效率的多孔PDMS/PVA水凝膠復(fù)合制冷薄膜，且制備過程簡單安全，可大規(guī)模批量制備。制備。制備。

技術(shù)研發(fā)人員：王建峰 郭鑫怡 靳秀秀 王萬杰

受保護的技術(shù)使用者：鄭州大學

技術(shù)研發(fā)日：2022.03.10

技術(shù)公布日：2022/7/29