资讯 | 零碳科技：废弃塑料摇身变"降温神器"涂料！阳光下比气温低1.2℃，夜间更降3℃

据《每日邮报》2024年4月10日报道，慈善机构“EA地球行动”发布的年度研究显示，2024年全球每人将产生28公斤的塑料垃圾，今年一年，全球将会产生约2.2亿吨的塑料垃圾。他们预测，超过三分之一的产品在生命周期结束时不能得到有效管理，最终将有6860多万吨塑料垃圾最终被填埋。

近日，英国伯明翰大学的研究人员在 Cell 子刊 Cell Reports Medicine 上发表了题为：The potential of micro- and nanoplastics to exacerbate the health impacts and global burden of non-communicable diseases 的综述论文。

该论文系统综述了环境微塑料和纳米塑料（MnP）暴露对健康的影响，随着全球微塑料和纳米塑料污染，人体吸收的微塑料和纳米塑料水平也在不断上升，这可能会加剧炎症并影响远端器官，从而增加癌症、糖尿病、心血管疾病和慢性肺病等非传染性疾病（NCD）的风险。

研究团队表示，塑料污染在全球范围内持续增加，这使得我们了解与微塑料和纳米塑料（MnP）暴露相关的总体健康风险至关重要。我们必须从源头上解决这一污染，以减少其进一步排放，为此，我们需要对人类MnP暴露的环境驱动因素及其对癌症、糖尿病、心血管疾病和慢性肺部疾病等主要非传染性疾病的患病率和严重程度的影响进行系统调查。

该研究指出，微塑料和纳米塑料（MnP）与非传染性疾病（NCD）之间的关系类似于其他粒子（包括天然来源的例如花粉或人类制造的污染物例如汽车尾气，以及工程纳米材料），它们在生物作用上具有相似性。

我们的身体会将这些颗粒物质视为外来物质，从而触发相同的保护机制——这可能导致身体防御机制不堪重负，并增加非传染性疾病（NCD）的发生频率和严重程度。

人类最早发明塑料或许是为了减少对环境的破坏，降低对一些自然资源的依赖。例如，用塑料袋代替纸袋，以减少造纸所需要大量树木的砍伐，但最终的结果却是加剧了环境污染。加大对塑料制品的回收利用应当是目前解决环境污染问题的一条重要途径。

旧塑料变身高科技涂料

南洋理工大学的一个研究团队成功地开发了一种新方法，使用再生塑料（即丙烯酸、旧PVC管和聚苯乙烯泡沫）和硫酸钡来制造一种“冷涂料”，为塑料提供了一种可持续和高效的替代品。

NTU方法不仅有助于降低热带环境中的温度，还有助于有效的塑料废物管理。

在第一种方法（溶胶-凝胶）中，研究小组使用回收塑料并将其与硫酸钡（BaSO4）混合，以制造冷涂料。

回收的聚合物产品：发泡聚苯乙烯（EPS）泡沫，聚氯乙烯（PVC）管和丙烯酸板被清洗并使用研磨机研磨成小块。随后，将小块回收聚合物加入到N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）和丙酮的混合物中，如图1所示。然后将混合的混合物在加热板上加热至80°C并搅拌，直到聚合物完全溶解到溶液中。BaSO4将粉末（Sigma-Aldrich）分散到聚合物溶剂体系中，并在80°C下再搅拌30分钟，以确保BaSO的均匀混合4聚合物基质中的颗粒。随后使用刀片涂布机将涂布前体涂覆在抛光铝板上，以进行溶剂蒸发。本研究中所有再生塑料的制备和BaSO的质量比均采用相同的步骤和溶剂4聚合物的比例为15：1，可实现高反射和稳定的表面，没有任何裂纹。

一旦获得如上图所示的均匀溶液，立即通过刀片涂布机将其涂覆在铝板上。空气干燥10分钟后，将样品移入水浴进行相反转过程，以获得聚合物基质中具有空隙的独立薄膜。

在新加坡一栋建筑物的屋顶上进行的 24 小时测试表明，当暴露在阳光直射下时，新制作的涂层可以达到比周围空气温度低 1.2°C。到了晚上，涂层可以达到低于环境温度3°C的温度。该涂层可以反射约97.7%的太阳光，并在红外波段散发95%的热量。

（注：传统的室内制冷方法涉及主动使用空调系统，这导致了高能源需求。另一方面，被动辐射冷却（PRC）系统通过反射和发射策略的组合来调节室内传递的热量，从而提供自然冷却。它的工作原理是通过大气窗口将辐射热从地球表面的物体传递到寒冷的外层空间。伴随着波长为0.3-2.5μm的太阳辐射反射，具有选择性光学特性的材料能够增强冷却，甚至达到低于环境温度。对于被动日间辐射冷却（PDRC），研究表明，太阳光谱中95%及以上的反射率是有效冷却性能的要求。然而，在热带气候地区，由于太阳强度、环境温度和相对湿度较高，太阳反射率的标准变得更加严格，需要超过97%的太阳反射率才能最大限度地减少白天来自太阳的热量。）

在第二种方法（相反转）中，该团队还使用再生塑料和硫酸钡来制造冷漆，但专注于在生产过程中通过在回收塑料上创建微小的充满空气的孔来使再生塑料多孔。这是因为气孔有助于将阳光散射到其光谱中。

结果表明，涂覆该涂料的表面几乎可以与中午周围的空气温度相匹配，夜间温度比环境温度低2.5°C。

使用这两种方法开发的冷涂料优于市售的冷涂料，后者通常无法将表面温度降至环境温度以下。

使用未分类的塑料废物混合物（丙烯酸、PVC管和聚苯乙烯泡沫的混合物）的进一步调查也表明，结果与仅使用单一类型的塑料废物开发的冷涂料的结果相当。这表明这种方法还减少了对不同类型塑料进行分类的需要。

该研究以题为“Investigation of recycled materials for radiative cooling under tropical climate”的论文发表在2024年3月的第5期《纳米光子学》。

我国被动辐射冷却涂料研究

近日，暨南大学化学与材料学院刘明贤教授团队将聚乙烯醇(PVA)、水性丙烯酸树脂(AR)与HNTs混合得到水性悬浮涂料，并通过刮刀法在不同的聚合物基材上形成具有优异耐水性、耐磨性和环境耐受性的PDRC涂层。

2024年3月26日，该研究成果以 " Robust and wear-durable coating based on halloysite nanotubes/polymer composite for passive daytime radiative cooling " 为题发表在Composites Science and Technology(影响因子9.1，一区TOP)期刊上。2022级硕士生周心愿为该论文第一作者，刘明贤教授为唯一通讯作者。

本研究采用刮刀法制备HNTs/PVA/AR复合涂层。如图1所示，通过方形涂布机将HNTs/PVA/AR分散液均匀涂布在PET片材上，并在70℃烘箱中干燥得到复合涂层。涂覆后的PET片材由透明外观变为白色(白度值约为95%)，并显示出相对光滑的表面。HNTs/PVA/AR复合涂层在弯曲、扭曲或折叠时不会脱落，这不仅归因于HNTs、PVA和AR之间强大的界面相互作用，在塑料表面形成坚固的层，而且还与复合涂层中的羟基和羧基与PET中的酯基之间的氢键有关。

图1 PET片材上HNTs/PVA/AR复合涂层的制备示意图及界面相互作用。