[发明专利]一种基于天然纤维素纳米纤维的ATO隔热膜的制备和应用

说明书

本发明属于透明隔热膜领域，公开了一种基于天然纤维素纳米纤维的可降解、透明且高机械强度的高性能ATO隔热膜的制备和应用。本发明选择纤维原料来制备小直径(20nm)、大的长径比(～50)的CNF和粒径尺寸在30～50nm的ATO共混抽滤，滤饼贴附于PDMS平滑表面干燥成膜，得到高透明、柔性基底膜，由于ATO良好的紫外波段吸收和红外波段反射的性能，复合膜具备优良的隔热效果。同时ATO和NFC的纳米尺寸有利于保证了复合膜的高透明度。同时由于CNF的亲水性，复合膜在普通水溶液里面收到一定机械作用，很容易再次分散在水中，达到可回收降解的效果，从而获可降解、透明且高机械强度的高性能ATO隔热膜新材料。

技术领域

本发明属于透明隔热膜(transparent thermal insulation film)领域，特别涉及一种基于天然纤维素纳米纤维的可降解、透明且高机械强度的高性能ATO隔热膜的制备和应用。

背景技术

太阳辐射对人们的生活有重大影响。太阳辐射提供所有人所需的热量，光和能量。通过大气层的太阳辐射光可以分为三类：紫外线(UV)，可见光(VIS)和红外线(IR)。在总光中，VIS约占42.3％，UV约占8％，但是UV光能量最强。UV光的强能量可以破坏分子的键并破坏DNA结构。长时间过度暴露在紫外线下可能会对皮肤造成大的损害，甚至导致皮肤癌。另一方面，IR光可以占总光量的49.4％，建筑中的大气层可以吸收红外辐射并将其转换为热能。红外吸收过多会导致室内环境温度急剧上升。为了减少紫外线和红外线的负面影响，透明隔热膜已广泛用于高层建筑和汽车的窗户。它们对于减少太阳辐射对人们生活的影响具有重要意义。

在过去的十年中，研究人员已经开发出各种类型的隔热膜。它们大多数是由红外阻隔材料和基质材料构成的，或者是在双层玻璃的中间插入具有隔热性能的气凝胶。传统方法是将隔热膜覆盖铝和银等金属作为红外反射层，但这种隔热膜不仅可见光透射率低，而且由于阳光的反射也可能引起光污染。一些新材料已应用于透明隔热膜。尽管这些隔热膜表现出可观的性能，但仍存在一些缺陷。其中，有机硅最常用作防晒窗或防晒膜的绝热材料。通常将硅涂在聚合物基材上，例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚氯乙烯(PVC)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)这些透明的隔热膜呈现出相当大的进步，但是这种有机硅涂料通常表现出低VIS透射率和低IR阻隔性能，例如IR反射率为75.54％，VIS透射率为24.73％。同时，在生产过程中还会受到有机溶剂的污染。更关键的是，这些聚合物基材是不可降解的和不可回收的，它们会造成严重的环境污染，这引起了对环境污染日益严重的关注。因此，通过清洁生产工艺来生产兼具高绝热性能和高环境可降解性的透明绝热膜仍然是一个挑战。

新兴的纳米材料可能会解决这一问题。例如氧化锡锑(ATO)是一种n型氧化物半导体材料，可以用作隔热材料。当阳光照射在含有ATO的窗户上时，ATO粒子的高密度自由电子将激发等离子体振动，该等离子体振动可吸收高频UV光，并反射低频NIR光。同时，ATO颗粒具有良好分散性，它们可以分散在水中并形成水悬浮液。如果可以开发出合适的基底材料，ATO的这一特性便可以生产出高性能的隔热膜。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种基于天然纤维素纳米纤维的可降解、透明且高机械强度的ATO隔热膜的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的基于天然纤维素纳米纤维的可降解、透明且高机械强度的ATO隔热膜。

本发明再一目的在于提供上述基于天然纤维素纳米纤维的可降解、透明且高机械强度的ATO隔热膜的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种基于天然纤维素纳米纤维的可降解、透明且高机械强度的ATO隔热膜的制备方法，包括以下步骤：