基于多孔高分子层/光热层的温湿度调控膜的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于多孔高分子层/光热层的温湿度调控膜的制备方法及应用。该方法首次利用相转换法将合适孔径的多孔醋酸纤维素薄膜覆盖于PPy光热膜表面后制备得到具有多层结构的湿度驱动的温湿度调控膜。设计合适的孔径有利于提高上层醋酸纤维素膜干态时对太阳辐射的散射作用，结合醋酸纤维素对太阳辐射的低本征吸收性质使薄膜在干态时达到超过80％的太阳光反射率。该薄膜在施加吸湿盐溶液后，薄膜的光热与辐射冷却效果可以通过内部的湿度调节进行可逆的自主切换，进而实现对温湿度的调控。该设计构建的多层膜结构可以作为湿度驱动的温湿度调节器，用于封闭空间的温度与湿度调控。度调控。度调控。

【技术实现步骤摘要】
基于多孔高分子层/光热层的温湿度调控膜的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及辐射制冷与光热转换领域，具体涉及基于多孔高分子层/光热层温湿度调控膜的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]室内环境调控在人们的现代生活中愈来愈不可或缺。目前，大多数加热，制冷以及除湿等任务都需要通过空调、电加热器、电加湿机、除湿机等完成。该类电能驱动的家庭装置伴随着大量的能源消耗以及温室气体的排放。其次，由于其昂贵设备购买价格、复杂的安装以及较大的耗电量，以上设备也无法适用于资源贫瘠的偏远地区。
[0003]相较于电能驱动，清洁能源驱动的室内环境调控具有深远的发展前景。其中的太阳光辐射更是一种易获取且广泛分布的清洁能源。利用光热材料可以将吸收的光能无排放地转换为热。与太阳能光热技术相反，白昼辐射降温技术则是通过太阳光谱范围的强散射作用阻挡入射的太阳辐射，并利用材料本身的高发射率将负担的热量通过大气窗口(8
‑
13μm)辐射至外空间，而达到辐射降温的目的。以上两种策略分别实现了清洁能源驱动的加热与降温作用。光热技术要求设计的材料在太阳光谱范围内有高吸收率。而白昼辐射降温策略要求设计的材料在太阳光波长内具有高反射率，而在中红外特别是大气窗口光谱范围内具有高发射率。但是，设计的单一光谱的材料并不能同时满足以上两种需求，难以适应季节性温度波动，因此需要开发一种具有动态太阳光散射的材料，以实现可逆的光热/辐射冷却功能。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于多孔高分子层/光热层的温湿度调控膜的制备方法。
[0005]本专利技术利用高分子网络主体与干燥状态下孔隙中空气的大折射率差值，实现太阳光谱范围内高反射率，利用醋酸纤维素高分子内大量的C
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O基团伸缩振动实现大气窗口高发射率，从而实现辐射降温作用。利用膜在润湿状态下，孔隙空气会由高折射率值的水替代，从而降低材料反射率，并引导太阳光被下层的光热膜吸收，实现辐射降温至光热作用的转换。该膜通过吸湿盐的自潮解以及光热蒸发可以实现冷却与加热两种状态的可逆切换。该种技术制备的多层结构膜可以作为封闭环境的使用，提供无需额外能量驱动的温度及湿度调控。
[0006]一种基于多孔高分子层/光热层的温湿度调控膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]1)将吡咯单体分散于水中，超声分散得到溶液A；
[0008]向水中加入FeCl3和盐酸，混匀后得到溶液B；
[0009]将溶液A和溶液B迅速混合并向混合液内放置滤纸，Fe
3+
在溶液中充当化学氧化剂引导吡咯单体聚合并附着在滤纸表面，盐酸调控溶液pH值维持酸性环境，保证吡咯的聚合，
且维持铁元素离子状态。而后将充分附着聚吡咯的滤纸先后用酒精以及去离子水清洗，干燥后得到PPy光热膜；
[0010]2)将乙醇和丙酮混合作为溶剂，随后往其中加入醋酸纤维素粉末形成无色透明状混合溶液。在该溶液中，丙酮充当醋酸纤维素的良性溶剂，乙醇则充当非良性溶剂组分。随后将CaCl2分散到混合溶剂中，用以提高随后得到的醋酸纤维素膜亲水性，并赋予自吸湿性能。混合溶液在20℃～40℃下加热10～30mins使各个组分混合均匀得到前驱体溶液，然后，将步骤1)中制备的PPy光热膜完全浸入前驱体溶液5mins，取出后自然风干，在风干过程中，更低沸点的良性溶剂丙酮先挥发，使得醋酸纤维素逐渐析出，随后非良性溶剂乙醇的挥发使得在膜表面留下多孔结构。析出的多孔醋酸纤维素膜紧密附着在PPy光热膜表面，从而得到多孔醋酸纤维素/PPy光热层多层膜；
[0011]3)将CaCl2溶于水中得到吸湿盐溶液；之后，将步骤2)得到的多孔醋酸纤维素/PPy光热层多层膜浸入吸湿性盐溶液中，更高浓度的CaCl2溶液可以提高膜的自吸湿性能，取出后干燥得到高吸湿多孔醋酸纤维素/PPy光热层多层膜。
[0012]本专利技术方法首次利用相转换法制备了具有合适孔径的多孔醋酸纤维素薄膜，并将其与PPy光热膜复合后，制备得到具有多层结构的湿度驱动的温湿度调控膜。设计合适的孔径有利于提高醋酸纤维素膜干态时对太阳辐射的散射作用，结合醋酸纤维素对太阳辐射的低本征吸收性质使薄膜在干态时达到超过80％的太阳光反射率。此外，利用醋酸纤维素结构中含有的大量C
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O基团使其在大气窗口光谱范围(8
‑
13μm)达到较高的发射率(>0.8)，从而获得干态下的辐射冷却性能。当多孔纤维素膜内部孔隙内部的空气(n＝1.03)被与纤维素折射率(n＝1.47)更为接近的水(n＝1.33)替代时，醋酸纤维素膜对太阳光的散射作用减弱，引导接收的太阳辐射穿过上层多孔醋酸纤维素，从而被下层光热材料吸收，达到太阳光加热效果。该薄膜在施加吸湿盐溶液后，薄膜的光热与辐射冷却效果可以通过内部的湿度调节进行可逆的自主切换，进而实现对温湿度的调控。该设计构建的多层膜结构可以作为湿度驱动的温湿度调节器，用于封闭空间的温度与湿度调控。
[0013]步骤1)中，所述的溶液A通过体积比100μL：20～80mL(进一步优选为40～60mL)的吡咯单体和水混合而成；
[0014]所述的溶液B通过用量比5～9g：0.5～2mL(进一步优选为6.8g：1.25mL)的FeCl3和盐酸混合而成；
[0015]所述的盐酸的质量百分数为35～38％，进一步优选为37％。
[0016]10～35℃静置0.5～3小时后清洗，进一步优选，25℃静置1小时后清洗。
[0017]步骤2)中，所述的乙醇、丙酮、醋酸纤维素粉末、CaCl2的用量之比为8～12mL：8～12mL：1.0g：0.8～1.2g，进一步优选为10mL：10mL：1.0g：1.0g。
[0018]在25℃～45℃下加热15～25mins，进一步优选，30℃下加热20mins。
[0019]步骤2)中，将步骤1)中制备的PPy光热膜浸入前驱体溶液0.5～5min，进一步优选为，将步骤1)中制备的PPy光热膜浸入前驱体溶液1min。
[0020]步骤3)中，将步骤2)得到的多孔醋酸纤维素/PPy光热层多层膜浸入吸湿性盐溶液中0.5～2小时，进一步优选为1小时。
[0021]所述的吸湿盐溶液利用CaCl2和水混合而成，所述的CaCl2和水用量比为1～3g：5～15mL，进一步优选为2g：10mL。
[0022]所述的吸湿盐溶液的浓度为14～19wt％，进一步优选为16.67wt％。
[0023]所述的制备方法制备的基于多孔高分子层/光热层的温湿度调控膜在温湿度调节中的应用。
[0024]最优选的，一种湿度驱动可用于温湿度调控膜的制备，多孔醋酸纤维素/PPy光热膜多层膜的制备以及制备薄膜的湿度控制温湿度可逆切换行为，包括以下步骤：
[0025]1)制备PPy光热膜：将100μL吡咯单体溶液分散于50mL去离子水中，超声分散10分钟得到溶液A。向去离子水中加入6.8g FeCl3和37.0％H本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多孔高分子层/光热层的温湿度调控膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将吡咯单体分散于水中，超声分散得到溶液A；向水中加入FeCl3和盐酸，混匀后得到溶液B；将溶液A和溶液B迅速混合并向混合液内放置普通滤纸，静置后清洗，干燥后得到PPy光热膜；2)将乙醇和丙酮混合制备得到混合溶剂，往混合溶剂中加入醋酸纤维素粉末得到溶液C，之后将CaCl2分散到溶液C中，在20℃～40℃下加热，之后将步骤1)中制备的PPy光热膜在溶液C中完全浸没，取出后自然风干，得到多孔醋酸纤维素膜均匀包裹PPy光热层的多层膜；3)将CaCl2溶于水中得到吸湿盐溶液D；之后，将步骤2)得到的多层膜浸入溶液D中，取出后干燥得到具有高吸湿性能的多孔醋酸纤维素层/PPy光热层多层膜。2.根据权利要求1所述的基于多孔高分子层/光热层的温湿度调控膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的溶液A通过体积比100μL：20～80mL的吡咯单体和水混合而成；所述的溶液B通过用量比5～9g：0.5～2mL的FeCl3和盐酸混合而成。3.根据权利要求1所述的基于多孔高分子层/光热层的温湿度调控膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，10～35℃静置0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王娟，郭阳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：