HPC — целюлозна добавка для пасивних радіаційних охолоджувальних покриттів. У зв’язку з посиленням глобальної спеки та впровадженням політики вуглецевої нейтральності пасивні денні радіаційні охолоджувальні покриття (охолоджувальні покриття, що не потребують електроенергії) стали основним енергозберігаючим рішенням для охолодження промислових будівель, резервуарів для зберігання нафти, фотоелектричних панелей та транспортних контейнерів. Відбиваючи більшу частину сонячного випромінювання та відводячи тепло безпосередньо у космічний простір через атмосферне інфрачервоне вікно діапазону 8–13 мкм, вони знижують температуру поверхні основ на 10–25 °C без використання вентиляторів чи кондиціонерів, забезпечуючи довгострокове скорочення витрат на електроенергію та викидів вуглецю.

Кінцеві експлуатаційні характеристики покриття залежать не тільки від фторовуглецевих або акрилових смол, наночастинок діоксиду титану та інфрачервоних наповнювачів на основі рідкісних земель, а й, що особливо важливо, від системи допоміжних добавок. Завдяки своїм унікальним властивостям, серед яких розчинність як у холодній, так і в гарячій воді, термоіндуковане гелеутворення, зрідження під дією зсуву та самоорганізація за рахунок слабких водневих зв’язків, гідроксипропілцелюлоза (HPC) виділяється як найкраща целюлозна ефірна добавка для високоякісних покриттів з радіаційним охолодженням, що не потребують електроенергії.

Проблеми при розробці пасивних радіаційних охолоджувальних покриттів (чому необхідний HPC)

Стандартна система охолоджувальних покриттів на водній основі, що не потребує електроенергії, складається з плівкоутворюючої емульсії, нанопорошків з високим коефіцієнтом відбиття, наповнювачів, що випромінюють інфрачервоне випромінювання, змочувальних диспергаторів, піногасників, загусників та речовин, що утримують воду. Галузь зазвичай стикається з такими проблемами:

1. Нанодиоксид титану, ультрадисперсний діоксид кремнію та наповнювачі на основі рідкісних земель мають високу щільність, через що в стані спокою вони легко осідають і розшаровуються, що погіршує оптичний коефіцієнт відбиття;

2. Надмірна в’язкість призводить до утворення дефектів типу «апельсинової кірки» під час високошвидкісного розпилення та нанесення валиком, а після зупинки обладнання спостерігається стікання;

3. Нестабільне утворення пор та нерівномірна структура закритих мікропор безпосередньо знижують інфрачервону випромінюваність;

4. Під впливом інтенсивного сонячного світла на відкритому повітрі покриття швидко втрачає вологу, що призводить до утворення тріщин і зниження стійкості до атмосферних впливів;

5. Термочутливі адаптивні охолоджувальні композиції вимагають оборотного переходу між гідрофільним і гідрофобним станами під впливом змін температури.

Чотири основні функції технології HPC у охолоджувальних покриттях, що не потребують електроенергії

1. Стабілізація суспензії та дисперсії для збереження основних характеристик оптичного охолодження

• Ефект пасивного охолодження залежить від рівномірного розподілу нанонаповнювачів. У разі агломерації та осадження коефіцієнт відбиття сонячного випромінювання знизиться з рівня понад 95% до рівня нижче 85%, що повністю позбавить матеріал здатності до пасивного охолодження.
• Численні гідроксильні групи на молекулярних ланцюгах HPC адсорбуються на поверхні нанопорошків за допомогою водневих зв’язків, утворюючи бар’єр стеричного перешкоджання та запобігаючи агломерації й осіданню частинок;
• Він розчиняється у холодній воді, утворюючи стабільний колоїд, у якому навіть після тривалого зберігання не спостерігається розшарування або утворення твердого осаду;
• Він відрізняється кращою стійкістю до впливу електролітів, ніж CMC та HEC, у модифікованих формулах з високим вмістом солі, що робить його ідеальним для зовнішніх охолоджувальних покриттів, які застосовуються в прибережних та солено-лужних районах.

2. Унікальні реологічні властивості, що ідеально підходять для автоматизованих процесів нанесення покриттів

• HPC характеризується подвійним реологічним профілем, що включає типове зрідження під дією зсуву та термореверсивну гелеутворення, що має вирішальне значення для оптимізації технологічності нанесення покриття:
• Під дією зсувної сили під час високошвидкісного перемішування та розпилення в’язкість швидко знижується, що забезпечує плавне перекачування та утворення рівномірних плівок без мікроотворів;
• В'язкість миттєво відновлюється після зняття зсувного напруження, що запобігає сильному провисанню на вертикальних стінах та поверхнях даху;
• При температурі 40–60 °C він перетворюється на гель, утримуючи вологу на початковому етапі впливу літніх умов, що уповільнює усадку плівки та утворення тріщин, спричинених втратою вологи, і подовжує термін експлуатації на відкритому повітрі.

3. Оптимізація мікропористої структури для підвищення ефективності випромінювання в інфрачервоному діапазоні

• Висока випромінювальна здатність залежить від рівномірного розподілу закритих мікропор усередині покриття. HPC виконує в системі роль гнучкого каркаса та стабілізатора піни:
•  Стабілізувати дрібні бульбашки повітря під час перемішування та запобігати зливанню й виходу великих бульбашок;
• Створити ієрархічну пористу структуру після формування плівки з метою підвищення коефіцієнта випромінювання в діапазоні середнього інфрачервоного випромінювання 8–13 мкм (до 0,94 і вище);
•  Використовувати як шаблон для самоорганізації ультратонких охолоджувальних покриттів на основі аерогелю з метою виготовлення прозорих верхніх шарів із холестеричними рідкокристалічними структурами для фотоелектричних панелей та скляних фасадів.

4. Створення інтелектуальних термочутливих адаптивних охолоджувальних покриттів (передові напрямки науково-дослідних робіт)

• Звичайні статичні охолоджувальні покриття продовжують відводити тепло взимку, що призводить до збільшення споживання тепла, а HPC є основною сировиною для систем адаптивного регулювання температури:
• При низьких температурах він є гідрофільним і прозорим, що дозволяє утримувати тепло в приміщенні, а при підвищених температурах стає гідрофобним і білим, що посилює відбивання сонячного випромінювання та відведення інфрачервоного тепла;
• Часто додається до альгінату натрію для створення гідрогелевих покриттів із «розумним» охолодженням на фотоелектричних панелях та поверхнях кузовів з метою забезпечення цілорічного автоматичного регулювання температури;
• Витримує багаторазове термічне розширення та стискання і зберігає свої властивості навіть після сотень циклів перепадів температур.