从稻壳灰中原位提取二氧化硅微球制备超疏水辐射制冷材料的方法及超疏水辐射制冷材料技术

本发明专利技术提供了一种从稻壳灰中原位提取二氧化硅微球制备超疏水辐射制冷材料的方法及超疏水辐射制冷材料，属于被动制冷技术领域。为了解决现有方法制备二氧化硅粒径较大、消能多且有污染，二氧化硅涂层附着固定力较弱，易变形脱落的问题。本发明专利技术从稻壳灰中碳化处理制取二氧化硅微球，加入乙醇和聚二甲基硅氧烷形成二氧化硅微球乳液，浸泡风干得到辐射制冷柔性材料；再依次进入二氧化硅涂层乳液和PVDF‑HFP/FAS溶液中，高温干燥后得到超疏水辐射制冷柔性材料。本发明专利技术将柔性材料浸入二氧化硅微球乳液，使其具有辐射制冷能力，在辐射制冷柔性材料表面涂上一层聚硅氧烷，增强其防水性与抗揉搓性能，制备过程中不需要消耗大量的能源，相对来说更加绿色无污染。

【技术实现步骤摘要】
从稻壳灰中原位提取二氧化硅微球制备超疏水辐射制冷材料的方法及超疏水辐射制冷材料
本专利技术涉及被动制冷
，具体而言，涉及从稻壳灰中原位提取二氧化硅微球制备超疏水辐射制冷材料的方法及超疏水辐射制冷材料。
技术介绍
随着信息技术的发展，继智能手机后，依托传感器和无线通信技术，将移动设备的部分功能融入传统和无线通信技术，将移动设备的部分功能融入传统的日常穿戴用品的可穿戴技术成为业内关注热点。可穿戴技术颠覆了传统的机器结构形态，将人们在进行信息通信时，被计算机、手机等硬件设备占用多年的双手彻底解放出来，为用户带来了全新的操作体验，是使可移动智能终端能够穿戴于用户身上的新兴技术，其技术载体可以是手环、手表、眼镜、腰带、头盔、手套、运动鞋、衣服等日常穿戴物品，集合日常生活中的社交、办公、医疗、娱乐等多种需求于一体，可随时随地并行地采集、分析大量数据，给出合理规划建议。与传统的固体和刚性电子导体相比，柔性/可拉伸器件由于其可控的机械性能，轻巧的重量以及易于与人体皮肤融合而受到广泛关注。但是，在重复变形过程中，柔性器件中会产生大量热量，散热能力也会随之下降。热量的增加将对可伸缩电子设备的安全性和可靠性构成威胁，甚至导致它们在结构上失效并变得无法使用。传统的辐射制冷材料主要利用二氧化硅进行制备，但现有方法制备的二氧化硅粒径较大，需要消耗大量的能源，并且会造成一定的污染，违背了绿色能源的初衷，我们尝试在自然界中寻找突破口，希望找到一种清洁的且耗能较少的方法制备二氧化硅微球。经过不断的深入研究发现，硅元素是多种植物生长的必需元素，在部分植物中硅元素是以游离态二氧化硅形式存在的，水稻中二氧化硅的含量较高，在稻壳中最大可达35％，二氧化硅在稻壳中被纤维素包裹(限域)，附着于木质素上将稻壳制成稻壳灰后，其含量会进一步提高，而且其中二氧化硅形态不会发生改变。现有技术中利用稻壳灰制备二氧化硅或二氧化硅复合材料，再制成辐射制冷膜附着在需要制冷的器件或材料上，但由于二氧化硅具有一定的亲水性，且二氧化硅涂层与需要辐射制冷的器件或材料之间的附着固定力较弱，容易随着使用时间的推移或在重复变形中脱落。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：为了解决现有方法制备的二氧化硅粒径较大，需要消耗大量的能源，并且会造成一定的污染，且二氧化硅具有一定的亲水性，二氧化硅涂层与需要制冷的器件或材料之间的附着固定力较弱，容易随着使用时间的推移或在重复变形中脱落的问题。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案：本专利技术提供了一种从稻壳灰中原位提取二氧化硅微球制备超疏水辐射制冷材料的方法，包括以下步骤：(1)制备二氧化硅微球：取30-40g稻壳灰，与4wt％的NaOH溶液按照质量比为1:5-10的比例混合均匀，加热至90-110℃回流2-3h，趁热过滤，将滤液转移至碳化管；将碳化管置于90-95℃的恒温装置中，在碳化管内通入氮气或模拟石灰窑气进行碳化反应85-95min，碳化后将温度降至室温下陈化2-4h，再次过滤，将过滤后的滤饼用水洗涤至pH值呈中性，升温至110-130℃干燥11-13h，得到二氧化硅微球；(2)制备辐射制冷柔性材料：将乙醇、聚二甲基硅氧烷和步骤(1)制得的二氧化硅微球按照质量比为1:2-5:1-3混合均匀，得到二氧化硅微球乳液，将柔性材料浸入到二氧化硅微球乳液中浸泡20-24h，取出后自然风干，得到辐射制冷柔性材料；(3)制备超疏水保护结构：将步骤(1)制得的二氧化硅微球与无水乙醇混合，配置成质量份数为1.5wt％-2.5wt％的二氧化硅涂层乳液，再加入0.5-1.5ml的FAS，室温下搅拌1h；将步骤(2)制得的辐射制冷柔性材料浸入二氧化硅涂层乳液1-3min，取出后在室温下干燥10-20min，继续在PVDF-HFP/FAS溶液浸润1-3min，取出后在120-140℃下干燥1h，最终得到具有超疏水保护结构的辐射制冷柔性材料。可选地，包括以下步骤：(1)制备二氧化硅微球：取30稻壳灰，与4wt％的NaOH溶液按照质量比为1:5的比例混合均匀，加热至100℃回流2.5h，趁热过滤，将滤液转移至碳化管；将碳化管置于90℃的恒温装置中，在碳化管内通入石灰窑气进行碳化反应90min，碳化后将温度降至室温下陈化3h，再次过滤，将过滤后的滤饼用水洗涤至pH值呈中性，升温至120℃干燥12h，得到二氧化硅微球；(2)制备辐射制冷柔性材料：将乙醇、聚二甲基硅氧烷和步骤(1)制得的二氧化硅微球按照质量比为1:3:2混合均匀，得到二氧化硅微球乳液，将柔性材料浸入到二氧化硅微球乳液中浸泡24h，取出后自然风干，得到辐射制冷柔性材料；(3)制备超疏水保护结构：将步骤(1)制得的二氧化硅微球与无水乙醇混合，配置成质量份数为1.5wt％的二氧化硅涂层乳液，再加入0.5ml的FAS，室温下搅拌1h；将步骤(2)制得的辐射制冷柔性材料浸入二氧化硅涂层乳液1min，取出后在室温下干燥10min，继续在PVDF-HFP/FAS溶液浸润1min，取出后在130℃下干燥1h，最终得到具有超疏水保护结构的辐射制冷柔性材料。可选地，步骤(1)中的稻壳灰由稻壳用水清洗后，经过干燥、粉碎和过筛处理，加入浓度为3％-10％的酸，所述稻壳与酸的质量比为0.5-0.7:1，在50-60℃下充分搅拌，经过水洗至pH值呈中性，经过过滤和烘干后备用。可选地，所述酸为盐酸、硫酸或硼酸中的一种或多种组合。可选地，步骤(3)中的PVDF-HFP/FAS溶液由1-2g的PVDF-HFP、0.5-1.5ml的FAS和50-100ml的DMF混合，磁力搅拌0.5-1h后备用。可选地，步骤(2)涂覆的二氧化硅微球乳液厚度为50-80μm。可选地，步骤(2)中制得的二氧化硅微球乳液需要经过超声处理20min。一种超疏水辐射制冷材料，由从稻壳灰中原位提取二氧化硅微球制备超疏水辐射制冷材料的方法制得，所述辐射制冷材料依次包括柔性材料基底、辐射制冷层和超疏水保护结构层。相较于现有技术，本专利技术的有益效果是：本专利技术从稻壳灰中原位提取二氧化硅微球制备超疏水辐射制冷材料的方法及超疏水辐射制冷材料，将酸处理后的稻壳灰与碱溶液混合后进行碳化，与乙醇和聚二甲基硅氧烷搅拌均匀形成二氧化硅乳液，涂覆在柔性材料上形成辐射制冷材料，再利用两步浸渍法对处理后的辐射制冷材料依次涂覆二氧化硅涂层溶液和PVDF-HFP/FAS溶液，形成超疏水保护结构；本专利技术从稻壳灰中原位提取二氧化硅微球的粒径为20-50nm，相对于传统方法制备的二氧化硅微球的粒径200-300nm来说，大大缩小了二氧化硅的体积，使其能够在柔性材料表面形成更为紧密的二氧化硅辐射制冷层，有效提高了其辐射制冷性能；并且在稻壳中二氧化硅的含量最大可达35％，附着于木质素上将稻壳制成稻壳灰后含量进一步提高，其中的二氧化硅形态也不会发生改变，不影响最终制得的二氧化硅微球的品质，充分利用了稻壳灰这种可再生资源，制备过程中不需要消耗大量的能源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从稻壳灰中原位提取二氧化硅微球制备超疏水辐射制冷材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)制备二氧化硅微球：取30-40g稻壳灰，与4wt％的NaOH溶液按照质量比为1:5-10的比例混合均匀，加热至90-110℃回流2-3h，趁热过滤，将滤液转移至碳化管；将碳化管置于90-95℃的恒温装置中，在碳化管内通入模拟石灰窑气进行碳化反应85-95min，碳化后将温度降至室温下陈化2-4h，再次过滤，将过滤后的滤饼用水洗涤至pH值呈中性，升温至110-130℃干燥11-13h，得到二氧化硅微球；/n(2)制备辐射制冷柔性材料：将乙醇、聚二甲基硅氧烷和步骤(1)制得的二氧化硅微球按照质量比为1:2-5:1-3混合均匀，得到二氧化硅微球乳液，将柔性材料浸入到二氧化硅微球乳液中浸泡20-24h，取出后自然风干，得到辐射制冷柔性材料；/n(3)制备超疏水保护结构：将步骤(1)制得的二氧化硅微球与无水乙醇混合，配置成质量份数为1.5wt％-2.5wt％的二氧化硅涂层乳液，再加入0.5-1.5ml的FAS，室温下搅拌1h；将步骤(2)制得的辐射制冷柔性材料浸入二氧化硅涂层乳液1-3min，取出后在室温下干燥10-20min，继续在PVDF-HFP/FAS溶液浸润1-3min，取出后在120-140℃下干燥1h，最终得到具有超疏水保护结构的辐射制冷柔性材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种从稻壳灰中原位提取二氧化硅微球制备超疏水辐射制冷材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备二氧化硅微球：取30-40g稻壳灰，与4wt％的NaOH溶液按照质量比为1:5-10的比例混合均匀，加热至90-110℃回流2-3h，趁热过滤，将滤液转移至碳化管；将碳化管置于90-95℃的恒温装置中，在碳化管内通入模拟石灰窑气进行碳化反应85-95min，碳化后将温度降至室温下陈化2-4h，再次过滤，将过滤后的滤饼用水洗涤至pH值呈中性，升温至110-130℃干燥11-13h，得到二氧化硅微球；
(2)制备辐射制冷柔性材料：将乙醇、聚二甲基硅氧烷和步骤(1)制得的二氧化硅微球按照质量比为1:2-5:1-3混合均匀，得到二氧化硅微球乳液，将柔性材料浸入到二氧化硅微球乳液中浸泡20-24h，取出后自然风干，得到辐射制冷柔性材料；
(3)制备超疏水保护结构：将步骤(1)制得的二氧化硅微球与无水乙醇混合，配置成质量份数为1.5wt％-2.5wt％的二氧化硅涂层乳液，再加入0.5-1.5ml的FAS，室温下搅拌1h；将步骤(2)制得的辐射制冷柔性材料浸入二氧化硅涂层乳液1-3min，取出后在室温下干燥10-20min，继续在PVDF-HFP/FAS溶液浸润1-3min，取出后在120-140℃下干燥1h，最终得到具有超疏水保护结构的辐射制冷柔性材料。


2.根据权利要求1所述的从稻壳灰中原位提取二氧化硅微球制备超疏水辐射制冷材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备二氧化硅微球：取30稻壳灰，与4wt％的NaOH溶液按照质量比为1:5的比例混合均匀，加热至100℃回流2.5h，趁热过滤，将滤液转移至碳化管；将碳化管置于90℃的恒温装置中，在碳化管内通入模拟石灰窑气进行碳化反应90min，碳化后将温度降至室温下陈化3h，再次过滤，将过滤后的滤饼用水洗涤至pH值呈中性，升温至120℃干燥12h，得到二氧化硅微球；
(2)制备辐射制冷柔性材料：将乙醇、聚二甲基硅氧烷和步骤(1)制得的二氧化硅微球按照质量比为1:3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文朋，黄元磊，修彦民，王新宇，蒋孟格，高继慧，周伟，
申请(专利权)人：王文朋，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23