利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方法
【专利摘要】本发明涉及纤蛇纹石纳米纤维薄膜，具体说是利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方法，其首先将数块纤蛇纹石纳米纤维薄膜分别浸渍于不同折射率的液态可固化树脂中，待每一块所述纤蛇纹石纳米纤维薄膜空隙中的空气全部排出，且空隙被上述树脂全部填充后，取出各块纤蛇纹石纳米纤维薄膜，然后将其表面多余的树脂除去，最后进行固化，得到透光度不同的纤蛇纹石纳米纤维薄膜。本发明采用折射率较高的可固化树脂对纤蛇纹石纳米纤维薄膜空隙中的空气进行取代，也就是用不同折射率的树脂来填充纤蛇纹石纳米纤维薄膜的纳米纤维之间的空隙，从而不同程度地降低界面对可见光的瑞利散射作用，达到提高并调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的目的。
【专利说明】
利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及纤蛇纹石纳米纤维薄膜，具体涉及一种利用空隙充填调控纤蛇纹石纳 米纤维薄膜透光度的方法。
【背景技术】
[0002] 纤蛇纹石纳米纤维薄膜是由纤蛇纹石纳米纤维溶胶通过抽滤或压滤得到的滤膜， 再经干燥而制得，其外观为白色不透明薄膜，是由于其纳米纤维与纳米纤维之间充满了大 量的空隙，被空气所填充。
[0003] 纤蛇纹石纳米纤维薄膜是通过纤蛇纹石纳米纤维无规则的紧密堆积在一起而形 成的一种较为致密的薄膜，孔隙率高、比表面积大、力学性能优良、热稳定好，在微滤、吸附、 增强等方面有应用潜力。这种薄膜外观呈白色，不透明，可以如同纸张一样进行书写和弯曲 折叠。如果能够改变这种薄膜的透光度，使它可以在不透明、半透明、高度透明之间进行调 控，则凭借其优良的力学性能和热稳定性，可以替代一些传统的半透明、透明的塑料薄膜应 用于需要更高强度、更高耐热性能的场所。目前，尚未见到提高并调控纤蛇纹石纳米纤维薄 膜透光度的相关报道。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种简单、易操作的利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度 的方法。
[0005] 本发明采用的技术方案为:利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方 法，其按以下步骤进行：
[0006] 首先将数块纤蛇纹石纳米纤维薄膜分别浸渍于不同折射率的液态可固化树脂中， 待每一块所述纤蛇纹石纳米纤维薄膜空隙中的空气全部排出，且空隙被上述树脂全部填充 后，取出各块纤蛇纹石纳米纤维薄膜，然后将其表面多余的树脂除去，最后进行固化，得到 透光度不同的纤蛇纹石纳米纤维薄膜。
[0007] 作为优选，每一块所述纤蛇纹石纳米纤维薄膜是由纤蛇纹石纳米纤维悬浮液通过 抽滤或压滤得到的白色不透明薄膜。
[0008] 作为优选，每一块所述纤蛇纹石纳米纤维薄膜的折射率为1.543±0.01。
[0009]作为优选，所述液态可固化树脂在固化之后的折射率为1.40-1.65,在可见光区域 的平均透光度大于或等于70%。
[0010] 作为优选，所述液态可固化树脂的固化方式采用紫外固化。
[0011] 作为优选，所述纤蛇纹石纳米纤维薄膜在液态可固化树脂中的浸渍采用负压浸渍 或加压浸渍，浸渍时间为1-48小时。
[0012] 作为优选，在浸渍之前对上述纤蛇纹石纳米纤维薄膜用丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚 乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、古尔胶或淀粉进行增强处理。
[0013] 作为优选，所述可固化树脂是由单体、低聚物和光引发剂构成的混合体系。
[0014] 本发明采用折射率较高的可固化树脂对纤蛇纹石纳米纤维薄膜空隙中的空气进 行取代，也就是用不同折射率的树脂来填充纤蛇纹石纳米纤维薄膜的纳米纤维之间的空 隙，从而不同程度地降低界面对可见光的瑞利散射作用，达到提高并调控纤蛇纹石纳米纤 维薄膜透光度的目的。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明中纤蛇纹石纳米纤维薄膜的照片，为白色不透明。上面用手写文字进 行了标记。
[0016] 图2是本发明中纤蛇纹石纳米纤维薄膜通过空隙充填光固化树脂体系并固化后得 到的高度透明的纤蛇纹石纳米纤维薄膜。充填前所做的标记(见图1)清晰可见。
[0017] 图3是采用空隙充填法增强了纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的照片。
【具体实施方式】
[0018] 下面详细介绍本发明的利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方法， 其首先将数块纤蛇纹石纳米纤维薄膜分别浸渍于不同折射率的液态可固化树脂中，待每一 块所述纤蛇纹石纳米纤维薄膜空隙中的空气全部排出，且空隙被上述树脂全部填充后，取 出各块纤蛇纹石纳米纤维薄膜，然后将其表面多余的树脂除去，最后进行固化，从而得到透 光度不同的纤蛇纹石纳米纤维薄膜;其中每一块所述纤蛇纹石纳米纤维薄膜是由纤蛇纹石 纳米纤维悬浮液通过抽滤或压滤得到的白色薄膜，折射率为1.543±0.01，所述液态可固化 树脂在固化之后的折射率为1.40-1.65,且其在可见光区域的平均透光度大于或等于70%， 从而保证固化后的纤蛇纹石纳米纤维薄膜具有较好的透光度。
[0019] 在本发明中，液态可固化树脂的固化方式采用紫外固化，纤蛇纹石纳米纤维薄膜 在液态可固化树脂中的浸渍采用负压浸渍或加压浸渍，浸渍时间为1-48小时，浸渍时间取 决于树脂粘度、树脂表面张力、树脂对纳米纤维的润湿性及对空隙的渗透性、纳米纤维薄膜 孔隙率与孔隙大小、浸渍压差等。为了确保纤蛇纹石纳米纤维薄膜在浸渍过程中不损坏，可 以在浸渍之前对纳米纤维薄膜用少量高分子粘结剂进行增强处理，高分子粘结剂采用用丙 烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、古尔胶或淀粉等。
[0020] 本发明中的可固化树脂是由单体、低聚物和光引发剂构成的混合体系。
[0021] 单体是含有可聚合官能团的有机小分子，包括单官能团、二官能团、三官能团及多 官能团单体，主要为丙烯酸酯类型的单体，如二乙二醇二甲基丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯 酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯 酸酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、丙氧化三羟甲基丙烷丙烯酸酯、乙氧化双酚A二甲 基丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙 烷三丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、月桂酸丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、乙氧基乙基 丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、异葵基丙烯酸酯、丙氧化新 戊二醇二丙烯酸酯、四氢呋喃丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯 酸酯、1，6_己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，等等。
[0022] 低聚物是分子量相对较低的感光性树脂，具有可以进行光固化反应的基团，如各 类不饱和双键或环氧基等。包括不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸 酯、纯丙烯酸树脂、环氧树脂，及其基于它们的各种改性产品。
[0023] 光引发剂是能吸收辐射能，经激发发生化学变化，产生具有引发聚合能力的活性 中间体（自由基或阳离子）的物质。包括自由基型光引发剂等，如苯偶酰、二乙氧基苯乙酮、 2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-对羟乙基醚基苯基 丙酮、2,4,6_三甲基苯甲酰基乙氧基苯基氧化膦、2,4,6_三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、4-对甲苯巯基二苯甲酮、二苯甲酮及其衍生物、硫杂蒽酮及其衍生物、2-乙基蒽醌等。
[0024] 可固化树脂可由上述单体、低聚物和光引发剂混合而成。可以是单体与光引发剂 的混合，可以是低聚物与光引发剂的混合，也可以是单体、低聚物与光引发剂的混合。可以 同时采用一种或多种单体，也可以同时采用一种或多种低聚物，还可以同时采用一种或多 种单体与低聚物进行混合。混合的原则是控制得到的可固化树脂在固化之后的折射率范围 为1.40~1.65。由于光引发剂的加入量很少，树脂的折射率主要决定于加入的各种单体和 低聚物组分，可用下列公式描述：
[0025] 可固化树脂折射率~组分1折射率X组分1比率+组分2折射率X组分2比率+……+ 组分η折射率X组分η比率
[0026]例如：乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯固化后的折射率为1.469,将其与3%的光 引发剂混合以后得到的可固化树脂固化后的折射率约为1.470;季戊四醇三丙烯酸酯固化 后的折射率为1.484,乙氧基乙基丙烯酸酯固化后的折射率为1.435,两者以1:1的比例混 合，加入3%的光引发剂，得到的可固化树脂固化后的折射率约为1.459。
[0027] 本发明中，将纤蛇纹石纳米纤维膜浸渍于不同折射率的可固化树脂之中，然后取 出固化，就可以得到具有不同透光度的纤蛇纹石纳米纤维薄膜，其透光度范围为50%~ 90%。固化后的树脂折射率与纤蛇纹石纳米纤维的折射率越接近，则纤蛇纹石纳米纤维薄 膜的透光度越高;两者折射率差异越大，则纤蛇纹石纳米纤维薄膜的透光度越低。其原因来 自于可见光在纳米纤维薄膜中的散射。
[0028] 纳米纤维薄膜中存在大量的空隙，这些空隙是纳米纤维交织而成，尺寸为数十到 数百纳米，与可见光波长相当。正常状态下，这些空隙中充填的是空气。空气的折射率约为 1，而纤蛇纹石纳米纤维的折射率为1.543,两者之间存在巨大的差异。众所周知，对于一个 被光照的物体而言，近似而言，入射光=透过光+散射光。想要透光性好，则材料对于可见光 的散射一定要少。根据瑞利-德拜-甘斯散射理论(下述公式为散射因子表达式，其中η为空 隙的折射率，no为纳米纤维的折射率。S R为散射因子，越大意味着散射能力越强），在纳米纤 维与空气的界面处，由于折射率差异性巨大，入射进纳米薄膜的可见光被散射掉，透光度极 少，因此纳米纤维呈不透明状。而采用折射率较高的树脂取代空气充填进纳米纤维之间的 空隙后，纤维与树脂之间的折射率差异大为降低，因此界面处的散射能力下降，透光性能增 加。当树脂与纤蛇纹石纳米纤维的折射率完全相等时，也就是下述公式中的η = n〇,则此时 的散射因子SR = 0,意味着界面散射完全消失，则入射光几乎可全部透过去，此时的透光度 达到最大值。
[0030] 实施例
[0031] 取厚度约50μπι的白色纤蛇纹石纳米纤维薄膜，真空浸渍于固化后折射率为1.496 的由双-季戊四醇六丙烯酸酯为主要成分的光固化树脂体系中24小时，然后取出除去表面 多余的树脂，再进行紫外固化，可以将纤蛇纹石纳米纤维薄膜的透光度提高到78.22% (590nm处）；取厚度约70μπι的白色纤蛇纹石纳米纤维薄膜，真空浸渍于固化后折射率为 1.542的由邻苯基苯氧乙基丙烯酸酯和乙氧化双酚Α二甲基丙烯酸酯为主要成分的光固化 树脂体系中12小时，然后取出除去表面多余的树脂，再进行紫外固化，可以将纤蛇纹石纳米 纤维薄膜的透光度提高到84.46% (590nm处）；取厚度约40μηι的白色纤蛇纹石纳米纤维薄 膜，真空浸渍于固化后折射率为1.619的由丙烯酸酯为主要成分的光固化体系中36小时，然 后取出除去表面多余的树脂，再进行紫外固化，可以将纤蛇纹石纳米纤维薄膜的透光度提 高到 70.51%(590nm#)〇
[0032] 下表为采用本发明的方法、用不同折射率的可固化树脂充填处理后的纤蛇纹石纳 米纤维薄膜相关透光度测试，其结果如下：
[0034]为了方便比较，上述实例中所使用的充填树脂体系的透光度均接近，即纯固化体 系固化后的透光度为88±2%。当充填使用的树脂的透光度更低或更高时，相应的纤蛇纹石 纳米纤维薄膜的透光度会随之降低或升高。实施过程见图1、图2、图3。
[0035]需要说明的是，除了本发明中所述的由单体、低聚物和光引发剂构成的紫外光固 化树脂体系可以用来充填纤蛇纹石纳米纤维薄膜中的空隙之外，其他可以通过热、湿、氧等 方式固化的透明多组分物质（如A/B组分的硅橡胶、A/B组分环氧树脂等）、透明可聚合固化 的低聚物(如甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等）同样可以得到调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度 的效果。调控的程度取决于这些有机物的折射率和透光度。需要说明的是，除了纤蛇纹石纳 米纤维薄膜，其他很多由纳米纤维构成的薄膜，也可以采用相同的方法填充其中的空隙，从 而调控其透光度。
[0036]以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例 对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本 发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方 式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方法，其按以下步骤进行： 首先将数块纤蛇纹石纳米纤维薄膜分别浸渍于不同折射率的液态可固化树脂中，待每 一块所述纤蛇纹石纳米纤维薄膜空隙中的空气全部排出，且空隙被上述树脂全部填充后， 取出各块纤蛇纹石纳米纤维薄膜，然后将其表面多余的树脂除去，最后进行固化，得到透光 度不同的纤蛇纹石纳米纤维薄膜。2. 如权利要求1所述利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方法，其特征 在于:每一块所述纤蛇纹石纳米纤维薄膜是由纤蛇纹石纳米纤维悬浮液通过抽滤或压滤得 到的白色不透明薄膜。3. 如权利要求1所述利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方法，其特征 在于:每一块所述纤蛇纹石纳米纤维薄膜的折射率为1.543 ± O. Ol。4. 如权利要求1所述利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方法，其特征 在于:所述液态可固化树脂在固化之后的折射率为1.40-1.65,在可见光区域的平均透光度 大于或等于70%。5. 如权利要求1所述利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方法，其特征 在于:所述液态可固化树脂的固化方式采用紫外固化。6. 如权利要求1所述利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方法，其特征 在于:所述纤蛇纹石纳米纤维薄膜在液态可固化树脂中的浸渍采用负压浸渍或加压浸渍， 浸渍时间为1 -48小时。7. 如权利要求1所述利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方法，其特征 在于:在浸渍之前对上述纤蛇纹石纳米纤维薄膜用丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙 二醇、聚乙烯吡咯烷酮、古尔胶或淀粉进行增强处理。8. 如权利要求1所述利用空隙充填调控纤蛇纹石纳米纤维薄膜透光度的方法，其特征 在于:所述可固化树脂是由单体、低聚物和光引发剂构成的混合体系。
【文档编号】C08K7/10GK105949359SQ201610330808
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】刘琨, 朱宾楠, 冯其明, 张国范, 欧乐明, 卢毅屏, 石晴
【申请人】中南大学