具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜的制备方法及其应用与流程

1.本发明属于复合材料技术领域，涉及隔热控温材料，尤其涉及一种具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜的制备方法及其应用。


背景技术：

2.在炎热的夏天，墙壁直接暴露于太阳辐射下(1000w
·
m-2
)，热量的聚集导致室内温度不断升高；同时室内制冷需要消耗大量电力资源，造成能源危机和全球变暖。为了保持室内尽可能凉爽而消耗更少的能源，开发一种材料同时具有良好隔热性能和散热性能对于夏季室内制冷具有重要意义。
3.本发明通过制备具有相变隔热和红外散热性能的复合膜材料，达到有效降温的目的。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是公开一种具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜及其制备方法。
5.技术方案：
6.本发明将细菌纤维素膜加入到熔融的相变材料中，真空吸附到纤维素膜中，相变材料的储热性能使复合膜具有良好的隔热性能，相变材料为聚乙二醇、石蜡中的一种或其组合，所得的复合相变膜材料中相变材料的质量分数不超过90％；所述的金属ldhs纳米片包覆的细菌纤维素膜，是以金属铝包覆的细菌纤维素膜为基底，金属离子x为前驱体，原位生长而成，其中金属离子x为zn
2+
、na
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、ni
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、co
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中的一种。
7.一种具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜的制备方法，包括如下步骤：
8.a)按细菌纤维素膜与醇溶液的比例50～300g/l计，将细菌纤维素膜在0.25～1mol/l的醇溶液中浸润2～10h进行溶剂交换，取出，冻干12～24h，得到内部孔径100～2000nm的预处理后的细菌纤维素膜；
9.b)将预处理后的细菌纤维素膜加入到熔融的相变材料中，温度60～80℃、真空度100～133pa，放置6～12h以达到饱和吸附，使相变材料真空吸附到细菌纤维素膜中成为相变复合膜，其中相变材料的质量分数不超过相变复合膜的90％；
10.c)氮气气氛中，将al靶材装入磁控溅射仪中，调节靶距为8～20mm，溅射功率5～30w，溅射时间10～40min，将al溅射到预处理后的细菌纤维素膜表面，得到金属铝包覆的细菌纤维素膜；
11.d)以金属铝包覆的细菌纤维素膜为基底，硝酸盐为前驱体，加入六亚甲基四胺溶液，置于高压反应釜中，80～120℃水热反应5～24h，原位生长制得金属ldhs纳米片包覆的复合膜；
12.e)上述所制得的相变复合膜和金属ldhs纳米片包覆的复合膜在3～10kpa压力下，
压制成具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜。
13.本发明较优公开例中，步骤a)中所述醇溶液为叔丁醇或叔丁醇与正丁醇质量比为5:1～2:1的混合液。
14.本发明较优公开例中，步骤a)中所述冻干的工艺条件为：-53℃、0.113mbar。
15.本发明较优公开例中，步骤b)中所述熔融相变材料为聚乙二醇、石蜡中的一种或以任意比例混合。
16.本发明较优公开例中，步骤c)中所述细菌纤维素膜和金属铝的质量比为100：1～10：1。
17.本发明较优公开例中，步骤d)中所述硝酸盐为硝酸镁、硝酸镍、硝酸锌、硝酸钴、硝酸钠中的任一种或多种任意混合。
18.本发明较优公开例中，步骤d)中所述原位生长法，按铝膜中的铝：六亚甲基四胺：硝酸盐质量比为1：2：1计。
19.根据本发明所述方法制得的具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜，由金属ldhs纳米片包覆的细菌纤维素膜和相变材料填充的细菌纤维素膜压制组装而成，其中所述细菌纤维素膜内部孔径为100～2000nm。
20.这种红外散热层和相变储热层的组合结构可广泛用于建筑物、个人热管理或其他节能材料。
21.复合膜材料的外层是具有高红外发射率的金属ldhs纳米片包覆的红外散热层，在0～16μm波段范围内，红外发射率为0.935左右，高红外辐射的散热层朝外可有效增强内部的热量耗散，达到散热降温的目的。复合膜材料的内层是具有相变储能性的隔热层，由于细菌纤维素膜良好的孔隙结构可使相变材料在高温熔融的情况下保持完整形态而不易泄露。同时吸收外界热量而自身温度不发生明显变化，有效隔绝外部高温环境，实现夏季凉爽环境。
22.本发明的特点为：
23.(1)与传统的空调、风扇等室内降温装置相比，本发明所制得双层膜能直接应用于墙体，无额外能量损耗，节能减排；
24.(2)相变隔热层和红外散热层协同作用，达到良好的隔热效果；
25.(3)本发明的原材料为细菌纤维素，材料价格低廉并具有可再生性。
26.有益效果
27.本发明公开一种具有相变隔热和红外散热的纤维素双层膜制备方法，制备方法简单，所制得的双层膜具有较高的相变储能性，在红外波段范围内具有较高的红外发射率，两种机制共同作用下，达到良好的隔热效果，适用于炎热夏季的建筑隔热和个人热管理。
附图说明
28.图1.实施例5中金属铝包覆的细菌纤维素膜扫描电镜图，
29.图2.实施例5中金属ldhs纳米片包覆的复合膜的扫描电镜图，
30.图3.实施例5中所制备的纤维素双层膜和普通细菌纤维素膜的红外发射率。
具体实施方式
31.下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
32.实施例1
33.一种具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜的制备方法，包括如下步骤：
34.a)按原始的细菌纤维素膜与醇溶液的比例90g/l计，将细菌纤维素膜在浓度为0.35mol/l的叔丁醇溶液中浸润2h进行溶剂交换，随后在冷冻干燥机中干燥12h，得到内部孔径为100～2000nm的细菌纤维素膜，然后将所得纤维素膜加入到熔融的聚乙二醇中，温度为60℃，真空度为100pa，在此条件下放置6h，将聚乙二醇相变材料真空吸附到纤维素膜中；
35.b)氮气气氛中，将al靶材装入磁控溅射仪中，调节靶距为10mm，溅射功率8w，溅射时间10min，将al溅射到预处理后的细菌纤维素膜表面，得到金属铝包覆的细菌纤维素膜；
36.c)以金属铝包覆的细菌纤维素膜为基底,硝酸钠为前驱体，置于高压反应釜中，80℃水热反应8h，原位生长制备金属ldhs纳米片包覆的复合膜材料；
37.d)制备好的相变复合膜和金属ldhs纳米片包覆的复合膜在3kpa压力下，压制成具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜。
38.实施例2
39.一种具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜的制备方法，包括如下步骤：
40.a)按原始的细菌纤维素膜与醇溶液的比例130g/l计，将细菌纤维素膜在浓度为0.5mol/l的叔丁醇和正丁醇混合溶液中浸润4h进行溶剂交换，随后在冷冻干燥机中干燥15h，得到内部孔径为100～2000nm的细菌纤维素膜。然后将所得纤维素膜加入到熔融的石蜡中，温度为65℃，真空度为110pa，在此条件下放置8h，将石蜡相变材料真空吸附到纤维素膜中；
41.b)氮气气氛中，将al靶材装入磁控溅射仪中，调节靶距为12mm，溅射功率12w，溅射时间15min，将al溅射到预处理后的细菌纤维素膜表面，得到金属铝包覆的细菌纤维素膜；
42.c)以金属铝包覆的细菌纤维素膜为基底,硝酸钴为前驱体，置于高压反应釜中，90℃水热反应12h，原位生长制备金属ldhs纳米片包覆的复合膜材料；
43.d)制备好的相变复合膜和金属ldhs纳米片包覆的复合膜在5kpa压力下，压制成具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜。
44.实施例3
45.一种具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜的制备方法，包括如下步骤：
46.a)按原始的细菌纤维素膜与醇溶液的比例180g/l计，将细菌纤维素膜在浓度为0.65mol/l的叔丁醇溶液中浸润6h进行溶剂交换，随后在冷冻干燥机中干燥17h，得到内部孔径为100～2000nm的细菌纤维素膜。然后将所得纤维素膜加入到熔融的聚乙二醇中，温度为80℃，真空度为120pa，在此条件下放置10h，将聚乙二醇相变材料真空吸附到纤维素膜中；
47.b)氮气气氛中，将al靶材装入磁控溅射仪中，调节靶距为14mm，溅射功率15w，溅射时间20min，将al溅射到预处理后的细菌纤维素膜表面，得到金属铝包覆的细菌纤维素膜；
48.c)以金属铝包覆的细菌纤维素膜为基底,硝酸锌为前驱体，置于高压反应釜中，100℃水热反应15h，原位生长制备金属ldhs纳米片包覆的复合膜材料；
49.d)制备好的相变复合膜和金属ldhs纳米片包覆的复合膜在7kpa压力下，压制成具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜。
50.实施例4
51.一种具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜的制备方法，包括如下步骤：
52.a)按原始的细菌纤维素膜与醇溶液的比例240g/l计；将细菌纤维素膜在浓度为0.8mol/l的叔丁醇和正丁醇混合溶液中浸润8h进行溶剂交换，随后在冷冻干燥机中干燥20h，得到内部孔径为100～2000nm的细菌纤维素膜；然后将所得纤维素膜加入到熔融的聚乙二醇和石蜡中，温度为70℃，真空度为125pa，在此条件下放置12h，将聚乙二醇-石蜡相变材料真空吸附到纤维素膜中；
53.b)氮气气氛中，将al靶材装入磁控溅射仪中，调节靶距为18mm，溅射功率24w，溅射时间30min，将al溅射到预处理后的细菌纤维素膜表面，得到金属铝包覆的细菌纤维素膜；
54.c)以金属铝包覆的细菌纤维素膜为基底,硝酸镍为前驱体，置于高压反应釜中，110℃水热反应18h，原位生长制备金属ldhs纳米片包覆的复合膜材料；
55.d)制备好的相变复合膜和金属ldhs纳米片包覆的复合膜在9kpa压力下，压制成具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜。
56.实施例5
57.一种具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜的制备方法，包括如下步骤：
58.a)按原始的细菌纤维素膜与醇溶液的比例300g/l计，将细菌纤维素膜在浓度为1mol/l的叔丁醇溶液中浸润10h进行溶剂交换，随后在冷冻干燥机中干燥24h，得到内部孔径为100～2000nm的细菌纤维素膜，然后将所得纤维素膜加入到熔融的聚乙二醇和石蜡中，温度为70℃，真空度为133pa，在此条件下放置12h，将聚乙二醇-石蜡相变材料真空吸附到纤维素膜中；
59.b)氮气气氛中，将al靶材装入磁控溅射仪中，调节靶距为20mm，溅射功率30w，溅射时间40min，将al溅射到预处理后的细菌纤维素膜表面，得到金属铝包覆的细菌纤维素膜；
60.c)以金属铝包覆的细菌纤维素膜为基底,硝酸镁为前驱体，置于高压反应釜中，120℃水热反应24h，原位生长制备金属ldhs纳米片包覆的复合膜材料；
61.d)制备好的相变复合膜和金属ldhs纳米片包覆的复合膜在10kpa压力下，压制成具有相变-红外散热性能的纤维素双层膜。
62.从图1可看出膜表面相对光滑；从图2中可以观察到膜表面片状的粗糙结构，可增大膜的红外发射率，有利于红外散热；从图3中可以看出纤维素双层膜红外发射率得到明显提高。
63.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。