一种除污阻热复合聚合物薄膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种除污阻热复合聚合物薄膜及其制备方法与应用，属于环保节能材料技术领域。通过采用在聚合物薄膜表面处理离子交换负载上铜离子、化学还原成金属铜颗粒、后将其硫化获得硫化铜纳米颗粒复合聚合物薄膜。利用硫化铜纳米颗粒在近红外区域的等离子体强吸收及光催化性能，将其复合薄膜用于阻热和除污车膜和窗膜。本发明专利技术避免了传统复合膜制备工艺中溶液分散颗粒所面临的颗粒团聚问题，有效解决纳米阻热材料在柔性基材上分散均匀性和粘附牢固性。附牢固性。附牢固性。

【技术实现步骤摘要】
一种除污阻热复合聚合物薄膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于环保节能材料
，更具体地，公开了一种除污阻热复合聚合物薄膜及其制备方法与应用，尤其是硫化铜复合聚合物的多功能薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]人口的爆炸性增长和工业化快速发展导致了化石燃料的枯竭和严重的环境污染。因此，在工业建筑和交通汽车中，能源的节约和效率是至关重要的。其中，超过50％的总能量要花在空调制冷和供暖上，而这部分能量的很大一部分是由于窗户的热屏蔽和/或绝缘不良而损失。为了最大限度地减少能量损失，与热屏蔽材料集成而得的窗膜被深入研究，以过滤太阳光谱中的近红外能量辐射。由于太阳光中52％的热能来自近红外区域，因此热屏蔽材料需在近红外区域中具有优越吸收或反射性能以满足屏蔽效果。考虑到在建筑和汽车上的使用，热屏蔽材料需要在可见光区域具有高的透光性。最近的研究用于过滤近红外辐射的各种材料，包括贵金属(Ag和Au)和金属掺杂半导体(BiPO3,VO2和WO3)。这些材料要么昂贵的金属，要么需要使用复杂的掺杂步骤获得。
[0003]最近，窄带隙的p型半导体硫化铜(硫化铜)纳米材料，因其无毒、廉价、具有良好的光热和光动力学性能而备受关注。硫化铜晶体结构是由Cu
‑
S2‑
Cu层状交替形式组成，有2/3硫原子以S2的形式存在，剩下的1/3硫原子则占据了铜三角的中心，其余的铜原子则处在硫原子四面体排布的中心位置。基于硫化铜纳米材料晶格中固有的铜空位，它有很高的空穴浓度(10
21
cm
‑3)，在近红外区域具有强烈的局域表面等离子体共振(LSPR)吸收，因此是热屏蔽材料的优选。同时，硫化铜材料中丰富的空穴载流子，在光的辐射下会产生光生载流子——电子空穴对，能够促进与表面吸附的有机物发生氧化还原作用，实现有效降解。因而被广泛应用于催化降解有机污染物领域。所以硫化铜复合薄膜的在除污阻热用窗膜和车膜中应用前景极大。
[0004]而常规建筑和汽车窗户用的阻热膜的制造方法是，通过水热、化学气相沉积或超声化学等方法制备好热屏蔽材料颗粒，然后将其分散到柔性基材前驱体溶液中，涂布在刚性基板上与柔性基材一起成膜获得。这一过程的最大挑战是硫化铜纳米粒子的分散均匀性控制，单纯依靠物理搅拌或超声处理是无法保障纳米颗粒在溶液中的均匀分散。而聚集的纳米粒子会极大降低其LSPR吸收，影响其近红外光屏蔽性能和光降解效率。因此本专利技术旨在柔性薄膜上原位化学生长硫化铜纳米颗粒，以解决其在薄膜上的分散均匀性。进而利用其选择性近红外吸收和光催化性能，作为热屏蔽和降解油污用车膜和窗膜。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决了现有技术中硫化铜纳米粒子在基材中分散不均匀，容易聚集，影响其近红外光屏蔽性能和光降解效率的技术问题。本专利技术提供了一种阻热除污用硫化铜复合聚合物薄膜及制备方法，将能羧基化的聚合物膜羧基化后，置于铜盐溶液中，使聚合物膜上负载上铜离子，再置于还原剂溶液中，使铜离子原位还原为金属铜纳米颗粒，得到纳米铜颗
粒复合聚合物膜；然后加入硫源溶液中进行硫化，获得硫化铜纳米颗粒复合聚合物膜，所述硫化铜纳米颗粒能够对近红外波长进行选择性吸收及对油污染料进行光催化降解，以实现阻热和除污。
[0006]根据本专利技术第一方面，提供了一种除污阻热复合聚合物膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将能开环羧基化的聚合物膜进行开环羧基化，或者将能氧化羧基化的聚合物膜进行氧化羧基化，使所述聚合物膜引入活性位点；
[0008](2)将步骤(1)中得到的引入了活性位点的聚合物膜置于铜盐溶液或亚铜盐溶液中进行离子交换，使聚合物膜上负载上铜离子；
[0009](3)将步骤(2)中负载上铜离子的聚合物膜置于还原剂溶液中，使铜离子原位还原为金属铜纳米颗粒，得到纳米铜颗粒复合聚合物膜；
[0010](4)将步骤(3)中得到的纳米铜颗粒复合聚合物膜加入硫源溶液中进行硫化，获得硫化铜纳米颗粒复合聚合物膜。
[0011]优选地，步骤(1)中，能开环羧基化的聚合物膜为聚酰亚胺膜或聚醚酰亚胺膜；能氧化羧基化的聚合物膜为纤维素纸、聚丙烯酸酯膜、聚酰胺膜或聚醚醚酮膜。
[0012]优选地，开环羧基化的方式为将聚酰亚胺膜或聚醚酰亚胺膜置于氢氧化钠或氢氧化钾水溶液中，使酰亚胺环开环；氧化羧基化的方式为将聚合物膜置于氧化剂溶液中，使聚合物膜的官能团氧化为羧基；
[0013]优选地，所述氧化剂为四甲基哌啶。
[0014]优选地，所述铜盐溶液为硝酸铜溶液、醋酸铜溶液或氯化铜溶液，所述亚铜盐溶液为硝酸亚铜溶液、醋酸亚铜溶液或氯化亚铜溶液；所述铜盐溶液中铜离子以及亚铜盐溶液中亚铜离子的浓度为0.1mM
‑
10M。
[0015]优选地，步骤(3)中，所述还原剂为二甲胺硼烷或硼氢化钠。
[0016]优选地，所述硫源为硫脲、硫化钠或硫代乙酰胺。
[0017]优选地，步骤(3)中，还包括向还原剂溶液中加入稳定剂，所述稳定剂用于调控金属铜纳米颗粒的形貌；
[0018]优选地，所述稳定剂为羟胺、辛胺、十八胺或聚乙烯吡咯烷酮。
[0019]根据本专利技术另一方面，提供了任一所述方法制备得到的除污阻热复合聚合物膜。
[0020]根据本专利技术另一方面，提供了所述的除污阻热复合聚合物膜的应用，将所述除污阻热复合聚合物膜应用于光催化降解油污和/或染料，或者应用于对近红外波长进行选择性吸收而实现阻热。
[0021]根据本专利技术另一方面，提供了所述的除污阻热复合聚合物膜作为窗膜的应用。
[0022]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0023](1)本专利技术在聚合物薄膜上直接原位生长制备硫化铜纳米颗粒的方法，避免了传统复合膜制备工艺中溶液分散颗粒所面临的颗粒团聚问题，有效解决纳米阻热材料在柔性基材上分散均匀性和粘附牢固性。同时控制金属铜的大小及后期硫化程度来获取不同尺寸的硫化铜纳米颗粒，以此获得不同的阻热和油污降解性能。此方法为全湿法可大面积制备，使得商业化多功能高效率柔性节能薄膜成为可能。
[0024](2)本专利技术所解决的技术问题是提供一种在聚合物薄膜表面原位生长制备硫化铜纳米颗粒的方法，解决热屏蔽纳米材料颗粒在柔性基材中的分散均匀性，避免了传统复合膜制备工艺中分散颗粒所面临的颗粒团聚问题。以保证其作为车膜或窗膜中的阻热和除污效率。所提供的技术路线简单，反应条件温和可控，反应原料来源方便，成本低，有机溶剂使用种类少，且可大面积制备。
[0025](3)现有的热屏蔽薄膜的制备方法，是通过不同的方法制备好热屏蔽材料如贵金属银、金属掺杂半导体氧化钨、半导体硫化铜等，然后将其分散到柔性基材前驱体溶液中再成膜。其中热屏蔽材料粒子在基材溶液中一定存在团聚现象，极大影响颗粒的热屏蔽性能。同时基材溶液很多是极性很大的溶剂，对纳米颗粒的表面存在一定破坏，也会影响其性能。另一方面，纳米颗粒直接混入后，对聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种除污阻热复合聚合物膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将能开环羧基化的聚合物膜进行开环羧基化，或者将能氧化羧基化的聚合物膜进行氧化羧基化，使所述聚合物膜引入活性位点；(2)将步骤(1)中得到的引入了活性位点的聚合物膜置于铜盐溶液或亚铜盐溶液中进行离子交换，使聚合物膜上负载上铜离子；(3)将步骤(2)中负载上铜离子的聚合物膜置于还原剂溶液中，使铜离子原位还原为金属铜纳米颗粒，得到纳米铜颗粒复合聚合物膜；(4)将步骤(3)中得到的纳米铜颗粒复合聚合物膜加入硫源溶液中进行硫化，获得硫化铜纳米颗粒复合聚合物膜。2.如权利要求1所述的除污阻热复合聚合物膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，能开环羧基化的聚合物膜为聚酰亚胺膜或聚醚酰亚胺膜；能氧化羧基化的聚合物膜为纤维素纸、聚丙烯酸酯膜、聚酰胺膜或聚醚醚酮膜。3.如权利要求2所述的除污阻热复合聚合物膜的制备方法，其特征在于，开环羧基化的方式为将聚酰亚胺膜或聚醚酰亚胺膜置于氢氧化钠或氢氧化钾水溶液中，使酰亚胺环开环；氧化羧基化的方式为将聚合物膜置于氧化剂溶液中，使聚合物膜的官能团氧化为羧基；优选地，所述氧化剂为四甲基哌啶。4.如权利要求1
‑
3任一所述的除污阻热复合聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：屠国力，刘相富，马金明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：