一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法
技术领域
1.本发明涉及制冷降温薄膜技术领域，特别是涉及一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法。
背景技术：
2.随着生活水平的提高，人类对于健康身体的追求更加迫切。特别是气候变化导致的极端高温或低温天气成为危害人类健康主要原因。在医学水平日益提高的现代，各种高效药物和医学手术方案的出现，在治疗人类疾病治疗过程中发挥着重要作用，但依然面临着诸多挑战，比如高效药昂贵性和手术治疗的复杂性等缺点。研究人员发现，冷疗在治疗人体部分疾病方面具有极大的优势，可以弥补高效药和手术治疗存在的缺点。基于此，越来越多的研究人员专注于研究并开发出用于人体热管理的材料或医疗器械。焦耳加热织物、光热转换织物、辐射制冷等热管理材料已在医疗伤口、眼部、皮肤等不同人体部位疾病治疗方面发挥着越来越重要的作用。
3.在辐射制冷领域，辐射制冷材料主要通过8-13μm的大气透明窗口，将热量以热辐射电磁波的形式输送到外太空。实现这一重要性能的材料主要以红外高发射材料为主。而另一种
功能材料是太阳光高反射材料，其能将入射太阳光电磁波反射到外太空，进而降低热吸收以实现降温效果。聚二甲基硅氧烷（pdms）本征的高发射率使其成为辐射制冷的理想材料。此外，多孔pdms的多孔结构能增大其对电磁波的多重漫反射，进而显著提高多孔pdms的制冷效果。
4.此外，通过水蒸发来散热的蒸发制冷也是一种新型的无需电力输入的被动冷却技术。而聚乙烯醇（pva）水凝胶以其优异的性能在蒸发制冷领域有着广阔的前景。但是，目前单一的辐射制冷和蒸发制冷效果仍然难以满足日益增长的制冷需求和日益复杂的制冷场景。
5.本发明将提供一种新的方案来解决此问题。
技术实现要素：
6.针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法。
7.其解决的技术方案是：一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：1）将nacl颗粒进行粉碎1-30 min，并通过网筛筛选获得相应尺寸的nacl微粒，待后续使用；2）将步骤1）得到的nacl微粒与未交联的pdms原料混合并搅拌5-20 min，然后进行水浴超声1-10min去除气泡；3）将步骤2）得到的混合物均匀刮涂于玻璃板上，形成涂层，然后置于烘箱内固化1-8h；
4）将固化后的涂层从玻璃板上剥离，并置于常温去离子水内1-3天，溶解nacl微粒形成多孔pdms；5）称取一定质量的pva聚合物与去离子水于容器内混合，然后将容器置于水浴锅内磁力搅拌0.5-3h，使pva完全溶解形成pva水溶液；6）将步骤5）所得的pva水溶液水浴超声5-30min去除气泡，并在75-98℃的环境下保温10min；7）将pva水溶液刮涂于玻璃板上，冷冻8-24h，然后再常温解冻8-24h；8）重复步骤7）中冷冻-解冻循环3-5次，直至获得pva水凝胶；9）将步骤（4）和步骤（8）所得的多孔pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
8.优选的，所述步骤1）中网筛的孔径为50-500目。
9.优选的，所述步骤2）中nacl微粒与未交联的pdms原料质量比为1:5至5:1。
10.优选的，所述未交联的pdms原料可选用道康宁sylgard 184或迈图rtv615 pdms。
11.优选的，所述步骤3）中涂层厚度为25-1000μm，固化温度为50-150℃。
12.优选的，所述步骤5）中水浴温度设置为75-98℃。
13.优选的，所述步骤5）中pva水溶液的质量分数为5%-20%。
14.优选的，所述步骤8）中pva水凝胶的厚度为25-1000μm。
15.作为本发明的进一步改进，所述步骤5）中pva聚合物也可用paa聚合物代替。
16.通过以上技术方案，本发明的有益效果为：1.本发明将辐射制冷与蒸发制冷技术结合起来，制备出一种双层制冷聚合物薄膜，即多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜，具有较高的发射率和反射率，辐射制冷与蒸发制冷性能满足人体皮肤的降温需求；2.本发明可以通过控制nacl与未交联pdms原料的质量配比及pva的质量分数，可以得到具有不同辐射制冷和蒸发制冷效率的多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜，且制备过程简单安全，可大规模批量制备。
附图说明
17.图1为根据实施例1制备的多孔pdms的表面扫描电镜图。
18.图2为根据实施例1制备的多孔pdms的截面扫描电镜图。
19.图3为实施例1制备的多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜与普通pdms薄膜在8-13μm的发射率对比图。
20.图4为实施例1制备的多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜在户外环境下的降温曲线图。
具体实施方式
21.有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图4的详细说明中，将可清楚的呈现。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.下面结合以下实施例对本发明的应用原理作详细的描述。
23.实施例1：1）将nacl颗粒置于高速多功能粉碎机内粉碎5min，粉碎后的nacl粉末置于200目的网筛内获得相应尺寸的nacl微粒，待后续使用；2）将nacl微粒与道康宁sylgard 184原料以质量比为1:2混合，然后搅拌5min后水浴超声10min去除气泡；其中，道康宁sylgard 184原料中pdms聚合体与交联剂的质量比为10:1；3）将步骤2）得到的混合物均匀的刮涂于玻璃板，涂层厚度为300μm，置于80℃的烘箱内固化8h；4）将固化后的涂层从玻璃板上剥离，并置于常温去离子水内3天以溶解nacl微粒形成多孔pdms；5）称取一定质量的pva聚合物与去离子水于烧杯内混合，置于98℃的水浴锅内磁力搅拌2h，使pva完全溶解形成质量分数为13%的pva水溶液；6）将步骤5）所得的pva水溶液水浴超声15min去除气泡，并在98℃环境下保温10min；7）将pva水溶液刮涂于玻璃板上，冷冻8h，然后常温解冻12h；8）重复步骤7）中冷冻-解冻循环3个周期，获得厚度为300μm的pva水凝胶；9）将步骤4）和步骤8）所得的多孔pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜，即多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜。
24.实施例2：将实施例1中nacl微粒与道康宁sylgard 184原料质量比替换为1:1，其他条件均不变，制备pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
25.实施例3：将实施例1中nacl微粒与道康宁sylgard 184原料质量比替换为3:2，其他条件均不变，制备pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
26.实施例4：将实施例1中nacl微粒与道康宁sylgard 184原料质量比替换为1:5，其他条件均不变，制备pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
27.实施例5：将实施例1中nacl微粒与道康宁sylgard 184原料质量比替换为5:1，其他条件均不变，制备pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
28.实施例6：将实施例1中pva水溶液质量分数替换为5%，其他条件均不变，制备pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
29.实施例7：将实施例1中pva水溶液质量分数替换为20%，其他条件均不变，制备pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
30.实施例8：将实施例1中nacl微粒与道康宁sylgard 184原料质量比替换为1:5,步骤3）中涂层厚度为25μm、固化温度为50℃，步骤5）中水浴温度设置为75℃，pva水溶液的质量分数为5%，其他条件均不变，制备pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
31.实施例9：将实施例1中nacl微粒与道康宁sylgard 184原料质量比替换为5:1,步骤3）中涂层厚度为1000μm、固化温度为150℃，步骤5）中水浴温度设置为98℃，pva水溶液的质量分数为20%，其他条件均不变，制备pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
32.实施例10：
将实施例1中nacl微粒与道康宁sylgard 184原料质量比替换为3:2,步骤3）中涂层厚度为25μm、固化温度为50℃，步骤5）中水浴温度设置为75℃，pva水溶液的质量分数为5%，其他条件均不变，制备pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
33.实施例11：将实施例1中nacl微粒与道康宁sylgard 184原料质量比替换为3:2,步骤3）中涂层厚度为1000μm、固化温度为150℃，步骤5）中水浴温度设置为98℃，pva水溶液的质量分数为20%，其他条件均不变，制备pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
34.实施例12：将实施例1中pva水凝胶的厚度替换为25μm，其他条件均不变，制备pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
35.实施例13：将实施例1中pva水凝胶的厚度替换为1000μm，其他条件均不变，制备pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
36.实施例14：将实施例1中pva替换为paa，其他条件均不变，制备pdms和paa水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。
37.对比例1：普通pdms薄膜（厚度为300μm）对比例2：普通pdms薄膜（厚度为25μm）对比例3：普通pdms薄膜（厚度为1000μm）以上所述例中所涉及的测试方法及评价标准方法如下：扫描电镜分析：使用扫描电子显微镜（jsm-5900lvsem）在5.0 kv电压下采集扫描电子显微镜图像(sem)。由图1与图2可知，pdms膜的表面均匀分布孔洞，说明多孔pdms膜的成功制备。
38.多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜对眼皮制冷性能测试：使用热电偶数据记录仪（型号tc-08），记录多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜在辐射制冷/蒸发制冷的双重机制下的温度变化。
39.发射率（ε）测试：普通pdms薄膜与多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的红外反射率（ρ）和透射率（τ）测量使用外接红外积分球的ftir光谱仪（spotlight 200i）。根据透明物体的发射率公式：ε=1-ρ-τ得出普通pdms薄膜与多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的发射率。由图3可知，多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的发射率与普通pdms薄膜相比，在红外波8-13μm范围内平均发射率有了一定的提升。
40.户外辐射制冷/蒸发制冷测试：使用热电偶数据记录仪（型号tc-08），记录多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制冷性能。
41.表1 多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜在户外环境中的平均制冷温度实施例平均制冷温度（℃）实施例16.41
实施例26.80实施例37.50实施例46.20实施例59.82实施例65.20实施例78.67实施例84.60实施例913.2实施例107.20实施例118.90实施例126.00实施例136.90实施例146.32对比例16.26对比例25.20对比例36.52由表1可知，户外制冷的效果与原料的配比及pva的质量分数均有关。由实施例1-5的数据可知，随着nacl微粒与道康宁sylgard 184原料质量比的增大，户外制冷温度也随之增大；由实施例6-7与实施例12-13的数据可知，随着pva水凝胶的质量分数和厚度的增大，相应的户外制冷温度也随之提高；由实施例1-5与对比例1的数据对比可知，多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制冷效果优于普通pdms薄膜。由实施例1-5与对比例1-3的数据对比可知，多孔pdms薄膜的厚度影响制冷效果，厚度越大，制冷效果越好。由实施例12和对比例2的数据结果可知，多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜在户外的制冷效果比对照样品的制冷效果低0.8 ℃。
42.由图4可知，多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜与环境温度相比，实验测得的温度远低于环境温度，说明了双层的多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜具有很好的制冷效果。多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜在8小时内的平均温度为-5.88℃，比户外平均温度（0.53℃）低6.41℃，相比对照样品，pdms/pva薄膜的平均温度（-5.73℃）低0.15℃。
43.综上所述，本发明将辐射制冷与蒸发制冷技术结合起来，即制备出一种双层的制冷聚合物薄膜，该双层聚合物薄膜由多孔pdms与pva组成，多孔pdms提供辐射制冷性能，不论是白天还是夜晚都能通过大气透明窗口将热量传播至外太空；而pva通过蒸发制冷，白天为人体降温，晚上能通过水蒸气的重吸收恢复成原始状态。本发明可以通过控制nacl与未交联的pdms原料的质量配比，以及pva的质量分数得到具有不同辐射制冷和蒸发制冷效率的多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜，且制备过程简单安全，可大规模批量制备，制备出的多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜具有较高的发射率和反射率，辐射制冷与蒸发制冷性能可满足人体皮肤的降温需求。
44.对于上述技术方案的进一步改进，水凝胶可以是paa或其他水凝胶。
45.以上是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方
案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。技术特征：
1.一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1）将nacl颗粒进行粉碎1-30 min，并通过网筛筛选获得相应尺寸的nacl微粒，待后续使用；2）将步骤1）得到的nacl微粒与未交联的pdms原料混合并搅拌5-20 min，然后进行水浴超声1-10min去除气泡；3）将步骤2）得到的混合物均匀刮涂于玻璃板上，形成涂层，然后置于烘箱内固化1-8h；4）将固化后的涂层从玻璃板上剥离，并置于常温去离子水内1-3天，溶解nacl微粒形成多孔pdms；5）称取一定质量的pva聚合物与去离子水于容器内混合，然后将容器置于水浴锅内磁力搅拌0.5-3h，使pva完全溶解形成pva水溶液；6）将步骤5）所得的pva水溶液水浴超声5-30min去除气泡，并在75-98℃的环境下保温10min；7）将pva水溶液刮涂于玻璃板上，冷冻8-24h，然后再常温解冻8-24h；8）重复步骤7）中冷冻-解冻循环3-5次，直至获得pva水凝胶；9）将步骤（4）和步骤（8）所得的多孔pdms和pva水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜。2.根据权利要求1所述一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中网筛的孔径为50-500目。3.根据权利要求1所述一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中nacl微粒与未交联的pdms原料质量比为1:5至5:1。4.根据权利要求3所述一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法，其特征在于：所述未交联的pdms原料可选用道康宁sylgard 184或迈图rtv615 pdms。5.根据权利要求4所述一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中涂层厚度为25-1000μm，固化温度为50-150℃。6.根据权利要求5所述一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤5）中水浴温度设置为75-98℃。7.根据权利要求6所述一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤5）中pva水溶液的质量分数为5%-20%。8.根据权利要求7所述一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤8）中pva水凝胶的厚度为25-1000μm。9.根据权利要求1-8任一所述一种多孔pdms/pva水凝胶复合制冷薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤5）中pva聚合物也可用paa聚合物代替。
技术总结
本发明公开了一种多孔PDMS/PVA水凝胶复合制冷薄膜的制备方法，将NaCl微粒与未交联的PDMS原料混合并搅拌5-20 min，然后进行水浴超声1-10min去除气泡；得到的混合物均匀刮涂于玻璃板上，形成涂层，然后置于烘箱内固化1-8h；将固化后的涂层从玻璃板上剥离，并置于常温去离子水内1-3天，溶解NaCl微粒形成多孔PDMS；多孔PDMS和PVA水凝胶进行粘附获得双层制冷聚合物薄膜；具有较高的发射率和反射率，辐射制冷与蒸发制冷结合，满足人体皮肤的降温需求；本发明通过控制NaCl与未交联PDMS原料的质量配比及PVA的质量分数，可以得到具有不同辐射制冷和蒸发制冷效率的多孔PDMS/PVA水凝胶复合制冷薄膜，且制备过程简单安全，可大规模批量制备。制备。制备。
技术研发人员：王建峰 郭鑫怡 靳秀秀 王万杰
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2022.03.10
技术公布日：2022/7/29
声明：
“多孔PDMS/PVA水凝胶复合制冷薄膜的制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：郑州大学
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2024年11月29日 ~ 12月01日 
