一种基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层及其制备方法和在被动辐射制冷中的应用技术

本发明专利技术提供了一种基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层及其制备方法和在被动辐射制冷中的应用，属于被动辐射制冷技术领域。本发明专利技术以纤维素纳米晶作为涂层材料，纤维素纳米晶水分散液在达到临界浓度的时候，其内部可以形成胆甾型(左旋手性向列型)液晶结构，经过进一步的蒸发诱导自组装，这种液晶结构可以保留在固体薄膜中，显示出鲜艳的结构色。本发明专利技术在纤维素纳米晶自组装的过程中引入聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮会跟随着纤维素纳米晶进行自组装，插入到液晶结构层与层之间，增大层间距，从而得到透明彩色涂层。纤维素纳米晶自组得到的涂层在大气透明窗口具有高发射率，进一步增大了热量向太空中的辐射，从而达到降低基体表面温度的目的。温度的目的。温度的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层及其制备方法和在被动辐射制冷中的应用


[0001]本专利技术涉及被动辐射制冷
，特别涉及一种基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层及其制备方法和在被动辐射制冷中的应用。

技术介绍

[0002]随着全球变暖问题的加剧，预计到2050年，建筑用降温设备的需求量将是今天的10倍。因此，在巨大的能源消耗下，寻找新型降温途径迫在眉睫。近年来，被动辐射制冷技术凭借其零能耗的优势，利用寒寂太空作为冷源，实现太阳光照射下物体表面的温度低于环境气温的制冷效果而受到广泛关注。与使用空调的主动降温不同，被动辐射制冷技术主要通过调控材料的光学及红外响应，使其在太阳光波段(0.3～2.5μm)具有极高的反射率(>90％)，减少物体从太阳光中吸收的热量，同时选择性地使材料在大气透明窗口(8～13μm)波段具有高辐射率(100％)，将热量透过大气层释放到宇宙中去，从而实现低于环境温度的制冷效果。
[0003]目前，被广泛研究的辐射制冷涂层主要为白色涂料或者镜面材料，主要目的是增强材料对可见光的反射，但是这些材料在大气窗口波段的辐射率不高，且外观单调且不透明。如果向其内部引入传统的着色剂，会导致涂层不可避免的吸收太阳光，从而引起材料表面温度的升高。因此，如何在赋予涂层彩色的同时又使其具备高效的辐射制冷性能是一个亟待解决的难题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层及其制备方法和应用，本专利技术制备的基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层在赋予涂层彩色的同时具有良好的辐射制冷性能。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0007]提供质量浓度为3～5％的纤维素纳米晶水分散液；
[0008]将所述纤维素纳米晶水分散液、聚乙烯吡咯烷酮和二甲基亚砜混合，得到铸膜液；
[0009]将所述铸膜液加载于基底表面，进行蒸发诱导自组装，在基底表面得到基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层。
[0010]优选的，所述质量浓度为3～5％的纤维素纳米晶水分散液的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将纤维素原料与硫酸水溶液混合，进行水解反应，得到水解反应液；
[0012]所述水解反应液加水稀释，所得稀释液进行透析、浓缩，得到质量浓度为3～5％的纤维素纳米晶水分散液。
[0013]优选的，所述硫酸水溶液的质量浓度为64～66％；
[0014]所述水解反应的温度为45～50℃，时间为40～50min。
[0015]优选的，所述透析的截留分子量为3000～5000Da。
[0016]优选的，所述铸膜液中，纤维素纳米晶与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为95～70：5～30。
[0017]优选的，所述纤维素纳米晶水分散液的质量与二甲基亚砜的体积比为1g：15～20μL。
[0018]优选的，所述蒸发自组装的温度为30～35℃，时间为1～2天。
[0019]优选的，所述蒸发诱导自组装后，还包括对所得涂层进行表面疏水改性。
[0020]本专利技术提供了上述制备方法制备得到的基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层。
[0021]本专利技术提供了上述基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层在被动辐射制冷中的应用。
[0022]本专利技术提供了一种基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层的制备方法，包括以下步骤：提供质量浓度为3～5％的纤维素纳米晶水分散液；将所述纤维素纳米晶水分散液、聚乙烯吡咯烷酮和二甲基亚砜混合，得到铸膜液；将所述铸膜液加载于基底表面，进行蒸发诱导自组装，在基底表面得到基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层。本专利技术以纤维素纳米晶作为涂层材料，纤维素纳米晶水分散液在达到临界浓度(3～5％)的时候，其内部可以形成胆甾型(左旋手性向列型)液晶结构，经过进一步的蒸发诱导自组装，这种液晶结构可以保留在固体薄膜中，显示出鲜艳的结构色。由于纤维素纳米晶自组装薄膜内部具有左旋手性向列型液晶结构，可以选择性地反射左旋圆偏振光。纤维素纳米晶水分散液在蒸发诱导自组装过程中，其内部会形成手性向列型液晶结构，这是一种层层扭曲的结构，本专利技术在纤维素纳米晶自组装的过程中引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚乙烯吡咯烷酮会跟随着纤维素纳米晶进行自组装，插入到液晶结构层与层之间，增大层间距，从而得到透明彩色涂层。二甲基亚砜能够增加涂层的均匀性，防止涂层在基底上干燥过程中产生咖啡环效应。本专利技术利用纤维素纳米晶彩色涂层可以选择性的反射左旋圆偏振光的性质，反射掉一部分太阳光；纤维素纳米晶自组装得到的涂层在大气透明窗口具有高发射率，进一步增大了热量向太空中的辐射，从而达到降低基体表面温度的目的。
[0023]同时，本专利技术提供的制备方法操作简单，成本低廉，易于实现工业化批量生产。本专利技术使用原料绿色环保，所得透明彩色涂层可再生，符合绿色可持续发展的理念。
附图说明
[0024]图1为实施例1～6所得透明彩色涂层的光学照片；
[0025]图2为实施例1～6所得透明彩色涂层的可见
‑
近红外反射光谱图；
[0026]图3为实施例4所得透明彩色涂层与纯亚克力板的紫外光谱图；
[0027]图4为实施例4所得透明彩色涂层与纯亚克力板透光的光学照片；
[0028]图5为实施例4所得透明彩色涂层的积分球红外发射率；
[0029]图6为实施例4所得透明彩色涂层以及纯亚克力板作为被动辐射制冷材料贴在建筑物表面，暴露在阳光下的红外图片。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供了一种基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0031]提供质量浓度为3～5％的纤维素纳米晶水分散液；
[0032]将所述纤维素纳米晶水分散液、聚乙烯吡咯烷酮和二甲基亚砜混合，得到铸膜液；
[0033]将所述铸膜液加载于基底表面，进行蒸发诱导自组装，在基底表面得到基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层。
[0034]本专利技术先提供质量浓度为3～5％的纤维素纳米晶水分散液。在本专利技术中，所述质量浓度为3～5％的纤维素纳米晶水分散液的制备方法，包括以下步骤：
[0035]将纤维素原料与硫酸水溶液混合，进行水解反应，得到水解反应液；
[0036]所述水解反应液加水稀释，所得稀释液进行透析、浓缩，得到质量浓度为3～5％的纤维素纳米晶水分散液。
[0037]在本专利技术中，所述纤维素原料优选为无灰滤纸和/或棉花。在本专利技术中，所述硫酸水溶液的质量浓度优选为64～66％，更优选为65％。在本专利技术中，所述纤维素原料的质量与硫酸水溶液的体积比优选为1g：10～17.5mL，更优选为1g：12～15mL。本专利技术对所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式即可，具体的如搅拌混合。
[0038]在本专利技术中，所述水解反应的温度优选为45～50℃，更优选为46～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层的制备方法，包括以下步骤：提供质量浓度为3～5％的纤维素纳米晶水分散液；将所述纤维素纳米晶水分散液、聚乙烯吡咯烷酮和二甲基亚砜混合，得到铸膜液；将所述铸膜液加载于基底表面，进行蒸发诱导自组装，在基底表面得到基于纤维素纳米晶的透明彩色涂层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述质量浓度为3～5％的纤维素纳米晶水分散液的制备方法，包括以下步骤：将纤维素原料与硫酸水溶液混合，进行水解反应，得到水解反应液；所述水解反应液加水稀释，所得稀释液进行透析、浓缩，得到质量浓度为3～5％的纤维素纳米晶水分散液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸水溶液的质量浓度为64～66％；所述水解反应的温度为45～50℃，时间为40～50min。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴杨，冯凯，周峰，刘钰博，李菁，甄秀春，孙成刚，吴国强，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：