一种抗紫外线型纳米纤维素辐射制冷涂层及制备方法

本发明属于高分子涂层材料的制备方法，具体涉及一种抗紫外线型纳米纤维素辐射制冷涂层及制备方法。

背景技术：

1、温室效应是人类面临的最重大危机之一，由此引发的全球变暖进一步催生了人类对空间制冷的旺盛需求。传统制冷技术只能依靠热量在地球大气内的空间转移来实现制冷，相对于地球环境整体而言并没有真正的热量排放，特别是以空调制冷为代表的制冷方式通常依赖于压缩技术，消耗大量电能的同时会进一步增加温室气体的排放，形成恶性循环。因此，研发零能耗、绿色环保的降温方式对于缓解温室效应实现节能减排、碳中和目标而言至关重要。

2、辐射制冷是一种被动制冷方式，其主要是利用地球与外太空之间的大气透明窗口（波长8-13μm），将地球表面的热量以热辐射的形式发射到外太空。夜间的辐射制冷现象已经被广泛的观察到，如清晨露水的产生。然而，辐射制冷现象在白天很少出现，这是因为太阳光会极大地对物体进行加热，从而升高物体表面温度，特别是在低纬度地区。近年来，随着光子学的发展，科研人员通过构建光子晶体结构、聚合物超材料、多孔材料等光子结构，使材料反射大量太阳光，且在大气窗口波段有着很强的红外发射率，从而使日间辐射制冷技术得以实现。但是，目前大多数报道的制冷材料来源都不可再生。因此，设计“绿色可持续”的高性能的日间辐射制冷材料从而满足不同天气环境的要求仍然是一个巨大的挑战。

3、纤维素是大自然中含量最丰富的天然高分子，广泛分布于木材和棉麻等植物中，具有绿色可再生和可降解的特点。由于纤维素纤维中存在大量的c-c和c-o结构，其较强的分子振动赋予了纤维素在大气窗口具有高红外发生率，为制备日间辐射制冷材料提供了理论支撑。通常采用相转变法、冷冻干燥法、静电纺丝法等工艺将纤维素制备成多孔膜材料、多级结构织物、气凝胶材料以及结构色薄膜等具有多孔结构的材料以实现日间辐射制冷。但是，现有的纤维素基日间辐射制冷材料的实际制冷功率远小于理论制冷功率150 w/m2，其根本原因为纤维素的太阳光反射率低且红外辐射的波段偏宽，除此之外纤维素材料的户外长期使用效果较差进一步限制了其实际应用效果。如何对纤维素进行结构调控以优化太阳光波段高且宽的反射能力和选择性的大气窗口高辐射能力，获得高功率辐射制冷性能和优异抗紫外效果，是突破纤维素基日间辐射制冷材料发展瓶颈亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种抗紫外线型纳米纤维素辐射制冷涂层及制备方法。克服了现有日间辐射制冷涂层日间降温效果低、成本高和不易于大面积生产的问题。

2、本发明提供的技术方案如下所示：

3、本发明提供一种抗紫外型纳米纤维素辐射制冷涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将纳米纤维素晶加入去离子水中经超声、搅拌后得到纳米纤维素晶分散液a；

5、s2、向所述分散液a中加入硅烷偶联剂和氨水后进行化学交联得到溶液b；

6、s3、将所述溶液b中加入纳米纤维素纤丝进行搅拌后，得到复合溶液c；

7、s4、向所述复合溶液c中加入二氧化钛后进行搅拌超声后得到溶液d；

8、s5、将所述溶液d进行旋转蒸发控制浓度，最终得到纳米纤维素辐射制冷涂层。

9、进一步的，步骤s1中纳米纤维素晶分散液a中纳米纤维素晶和去离子水的质量体积比为4~8:1g/l。

10、进一步的，步骤s1中纳米纤维素晶由下列方法制备：将微晶纤维素放入硫酸和水的混合物中搅拌混合后，升温持续搅拌并进行反应，然后离心，透析，超声处理后干燥，得到纳米纤维素晶。

11、进一步的，微晶纤维素、水与硫酸的质量体积比为1:1.6~2:6.4~8 g/ml/ml。

12、进一步的，纳米纤维素晶制备过程中，持续搅拌温度为40~55℃，时间为30~50min；离心转速为7000~8000rpm，时间为10~15 min；透析时间为3~6天；超声时间为20~30 min；干燥温度为20~30℃，时间为6~10 h。

13、进一步的，步骤s2中纳米纤维素晶、硅烷偶联剂和氨水的质量体积比为2:18~20:1g/g/ml，化学交联的反应时间为6~14h。

14、进一步的，步骤s3中纳米纤维素纤丝与纳米纤维素晶的质量比为5~7:2 g/g。

15、进一步的，步骤s4中二氧化钛与纳米纤维素晶的质量比为15~35:1g/g。

16、进一步的，步骤s5中旋转蒸发挥的温度为70~90℃，时间为30~120min。

17、本发明还提供一种纳米纤维素辐射制冷涂层，根据上述所述的制备方法制得。

18、有益效果

19、（1）本发明将采用二氧化钛改性纤维素纳米材料，并与硅烷偶联剂进行交联后制备可涂附的纳米纤维素日间辐射制冷涂层，不仅能够实现材料可见光反射和红外辐射的同时提升，而且具备抗紫外特性。其设计思路极大了拓宽了其应用领域，尤其在设计高性能日间辐射质量材料上提供了优化的解决思路，同时也符合当代绿色可持续发展的理念。

20、（2）本发明一方面用二氧化钛提高纳米纤维素晶体的抗紫外能力，另一方面也采用纳米纤维素纤丝提高复合涂层的黏度和太阳光反射率，并且硅烷偶联剂提高交联度，这种纳米纤维素辐射制冷涂层具有高且宽的可见光反射率（97%）和红外发射率（0.94）。户外测试表明，纳米纤维素辐射制冷涂层可以实现低于环境温度约5 ℃的制冷效果。

21、（3）本发明大大的拓宽了纳米纤维素的应用范围，通过光谱学和化学结构调控手段，纳米纤维素重要的功能-日间辐射制冷涂层，并且可以涂附在木材、玻璃、铜板等物体上，且绿色环保，为以后工业化生产开辟了一条新的方向。

技术特征：

1.一种抗紫外型纳米纤维素辐射制冷涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的抗紫外型纳米纤维素辐射制冷涂层的制备方法，其特征在于，步骤s1中纳米纤维素晶分散液a中纳米纤维素晶和去离子水的质量体积比为4~8:1g/l。

3.根据权利要求1所述的抗紫外型纳米纤维素辐射制冷涂层的制备方法，其特征在于，步骤s1中纳米纤维素晶由下列方法制备：将微晶纤维素放入硫酸和水的混合物中搅拌混合后，升温持续搅拌并进行反应，然后离心，透析，超声处理后干燥，得到纳米纤维素晶。

4.根据权利要求3所述的抗紫外型纳米纤维素辐射制冷涂层的制备方法，其特征在于，微晶纤维素、水与硫酸的质量体积比为1:1.6~2:6.4~8 g/ml/ml。

5.根据权利要求3所述的抗紫外型纳米纤维素辐射制冷涂层的制备方法，其特征在于，纳米纤维素晶制备过程中，持续搅拌温度为40~55℃，时间为30~50min；离心转速为7000~8000rpm，时间为10~15 min；透析时间为3~6天；超声时间为20~30 min；干燥温度为20~30℃，时间为6~10 h。

6.根据权利要求1所述的抗紫外型纳米纤维素辐射制冷涂层的制备方法，其特征在于，步骤s2中纳米纤维素晶、硅烷偶联剂和氨水的质量体积比为2:18~20:1g/g/ml，化学交联的反应时间为6~14h。

7.根据权利要求1所述的抗紫外型纳米纤维素辐射制冷涂层的制备方法，其特征在于，步骤s3中纳米纤维素纤丝与纳米纤维素晶的质量比为5~7:2 g/g。

8.根据权利要求1所述的一种抗紫外型纳米纤维素辐射制冷涂层的制备方法，其特征在于，步骤s4中二氧化钛与纳米纤维素晶的质量比为15~35:1g/g。

9.根据权利要求1所述的抗紫外型纳米纤维素辐射制冷涂层的制备方法，其特征在于，步骤s5中旋转蒸发挥的温度为70~90℃，时间为30~120min。

10.一种纳米纤维素辐射制冷涂层，其特征在于，根据权利1-9任一项所述的制备方法制得。

技术总结本发明属于高分子涂层材料的制备方法，具体涉及一种抗紫外线型纳米纤维素辐射制冷涂层及制备方法，包括将纳米纤维素晶和去离子水进行混合后，再采用超声分散得到澄清透明的复合溶液A；向复合溶液A中加入硅烷偶联剂与氨水，进行化学交联到复合溶液B；将复合溶液B进行超声搅拌，加入纳米纤维素纤丝得到复合溶液C；向复合溶液C加入二氧化钛，进行超声搅拌；将溶液D进行旋转蒸发控制浓度，最终得到纳米纤维素辐射制冷涂层；解决了现有技术中日间辐射制冷涂层日间降温效果低、成本高和不易于大面积生产的问题。技术研发人员：蔡晨阳,武小丹,陈溢受保护的技术使用者：南京林业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4