CN113802407A - 一种辐射制冷纸的制备方法 - Google Patents

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孙浩东
***
曹石林
黄六莲
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    • D21H25/04—Physical treatment, e.g. heating, irradiating
    • D21H25/06—Physical treatment, e.g. heating, irradiating of impregnated or coated paper

Abstract

本发明公开了一种辐射制冷纸的制备方法，属于光学照明和造纸技术领域。本发明的制备方法包括以下步骤：1）将纤维素纸浸泡在碱水中进行润涨，然后浸泡在羟基磷灰石（HAP）/乙醇悬浊液中；2）将浸泡好的纸张通过热压机热压后获得制冷纸。本发明制得的辐射制冷纸具有高效的太阳反射率和长波红外发射率，辐射制冷性能优异，制备工艺简单，适合大规模生产，产品可降解和可回收，经济和社会效益显著，应用前景广阔。

Description

一种辐射制冷纸的制备方法
技术领域
本发明属于光学照明和造纸技术领域，具体涉及一种辐射制冷纸的制备方法。
背景技术
辐射制冷技术是通过同步反射太阳光和散发热量来实现自身的可持续性制冷，与传统的制冷技术相比（例如：空调），辐射制冷技术不需要消耗任何能源。地球表面温度能维持在300 K附近相对稳定的温度，这主要是由于入射的阳光和向寒冷的宇宙发出的热辐射之间的辐射热通量平衡造成的。全球每天吸收的太阳辐射巨大，而总输出热辐射同样也非常庞大。因此，如何利用宇宙的寒冷作为可再生能源对辐射制冷技术很重要。
目前，文献报道的主要辐射制冷材料主要包括光子晶体，高分子聚合物，多孔高分子材料和复合材料，通过降低对太阳光的吸收和提高中红外的发射率，在太阳直射的条件下，使材料表面的温度低于环境温度，到达辐射制冷的效果。这些材料中，光子晶体制备方法复杂，费时费力费能。高分子聚合物，多孔高分子材料和复合材料主要由难降解和不可再生的塑料组成。例如CN110042564A公开了一种辐射粒子（SiO2）随机分布在聚合物（PE、PA6、PMMA、PVDF中的一种）中的辐射制冷材料；CN113235172A公开了一种由基体树脂与针状亚磷酸镁组成的复合纤维。以上材料虽然具有辐射制冷的性能，但是制作成本偏高，且产品容易造成一次能源的大量消耗和自然环境的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种易于操作，可再生可降解，原料来源丰富的辐射制冷纸的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种辐射制冷纸的制备方法包括以下步骤：
1）植物纤维经浸泡和机械打浆，得到植物纤维浆料；
2）将步骤1）制得的植物纤维浆料抄成纸张，浸泡在氢氧化钠溶液中润涨，再用乙醇溶液清洗至中性；
3）将步骤2）制得的纤维素纸浸入羟基磷灰石的乙醇悬浊液中，再热压处理，得到所述的辐射制冷纸。
步骤1）中植物纤维选自棉纤维、木纤维、草纤维、麻纤维以及竹纤维中的至少一种，直径为50 nm~50 μm，长度为500 nm~5 cm。
步骤1）中机械打浆的打浆度为40~80 °SR。
步骤2）中纸张的定量为30~200 g/m2。
步骤2）中氢氧化钠溶液的质量分数为0.05~8 %，润涨时间为1~6 h。
步骤2）中乙醇溶液的体积分数为30~70 %。
步骤3）的悬浊液中羟基磷灰石的质量分数为2~15 %。
步骤3）中羟基磷灰石的粒径为50 nm~20 μm。
步骤3）中热压处理的时间2~60 min，压力为0.1~5 MPa，温度为60~90°C。
本发明的有益效果在于：本发明将HAP均匀地分散在纤维素的纤维上，制得的辐射制冷纸具有高效的太阳反射率和长波红外发射率，辐射制冷性能优异，制备工艺简单，适合大规模生产，产品可降解和可回收，经济和社会效益显著，应用前景广阔。
附图说明
图1是实施例1中原始纤维的SEM图；
图2是实施例1中辐射制冷纸张的纤维SEM图；
图3是实施例1中辐射制冷纸的发射率和发射率曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
a.取针叶木纸浆5 g（绝干），疏解3 min，抄纸备用；
b.将针叶木纤维素纸切成80✕120✕0.13 mm3的长方体；浸泡在5% (w/w)氢氧化钠溶液中4 h，润涨后，用乙醇/水(v/v 2:1)溶液去清洗至中性。再将洗过的纤维素纸浸入无水乙醇中，静置4小时。
c.将润胀后的纤维素纸浸泡在HAP/乙醇悬浊液(5 mg/mL)中2h，再通过热压机在1MPa的压力下(90 °C)热压10 min，得到辐射制冷纸。
通过以上步骤得到的辐射制冷纸，与原始纤维（图1）相比，辐射制冷纸的纤维分丝帚化，暴露出更多的细小纤维，使得HAP更好的分散在纤维素上（图2），展现出辐射制冷纸高效的太阳反射率和长波红外发射率（图3）。
实施例2
a.取阔叶木纸浆4.5 g（绝干），疏解5 min，抄纸备用；
b.将针叶木纤维素纸切成60✕100✕0.13mm3的长方体；浸泡在6% (w/w)氢氧化钠溶液中3h，润涨后，用乙醇/水(v/v 2:1)溶液去清洗至中性。再将洗过的纤维素纸浸入无水乙醇中，静置2小时。
c.将润胀后的纤维素纸浸泡在HAP/乙醇悬浊液(10 mg/mL)中2h，再通过热压机在2 MPa的压力下(80 °C)热压8 min，得到辐射制冷纸。
实施例3
a.取竹浆5 g（绝干），疏解4 min，抄纸备用；
b.将针叶木纤维素纸切成50✕100✕0.13mm3的长方体；浸泡在4% (w/w)氢氧化钠溶液中5h，润涨后，用乙醇/水(v/v 1:1)溶液去清洗至中性。再将洗过的纤维素纸浸入无水乙醇中，静置2小时。
c.将润胀后的纤维素纸浸泡在HAP/乙醇悬浊液(7 mg/mL)中4 h，再通过热压机在0.5 MPa的压力下(70 °C)热压12 min，得到辐射制冷纸。
实施例4
a.取麻浆6 g（绝干），疏解3 min，抄纸备用；
b.将针叶木纤维素纸切成70✕100✕0.13mm3的长方体；浸泡在6% (w/w)氢氧化钠溶液中3h，润涨后，用乙醇/水(v/v 1:1)溶液去清洗至中性。再将洗过的纤维素纸浸入无水乙醇中，静置3小时。
c.将润胀后的纤维素纸浸泡在HAP/乙醇悬浊液(6 mg/mL)中3 h，再通过热压机在1.5 MPa的压力下(90 °C)热压8 min，得到辐射制冷纸。
实施例5
a. 取棉浆4.5 g（绝干），疏解5 min，抄纸备用；
b.将针叶木纤维素纸切成70✕100✕0.13mm3的长方体；浸泡在4% (w/w)氢氧化钠溶液中1.5h，润涨后，用乙醇/水(v/v 2:1)溶液去清洗至中性。再将洗过的纤维素纸浸入无水乙醇中，静置2小时。
c.将润胀后的纤维素纸浸泡在HAP/乙醇悬浊液 (5 mg/mL)中2 h，再通过热压机在1MPa的压力下(85 °C)热压5 min，得到辐射制冷纸。
实施例6
a. 取草浆6.5 g（绝干），疏解7 min，抄纸备用；
b.将针叶木纤维素纸切成60✕100✕0.13mm3的长方体；浸泡在6% (w/w)氢氧化钠溶液中3h，润涨后，用乙醇/水(v/v 1:1)溶液去清洗至中性。再将洗过的纤维素纸浸入无水乙醇中，静置5小时。
c.将润胀后的纤维素纸浸泡在HAP/乙醇悬浊液(8 mg/mL)中2 h，再通过热压机在0.2 MPa的压力下(80 °C)热压8 min，得到辐射制冷纸。
本发明使用的其他试剂均为现有技术可购买或配制的试剂，不再累述。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种辐射制冷纸的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）植物纤维经浸泡和机械打浆，得到植物纤维浆料；
2）将步骤1）制得的植物纤维浆料抄成纸张，浸泡在氢氧化钠溶液中润涨，再用乙醇溶液清洗至中性；
3）将步骤2）制得的纤维素纸浸入羟基磷灰石的乙醇悬浊液中，通过热压处理，得到所述的辐射制冷纸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中植物纤维选自棉纤维、木纤维、草纤维、麻纤维以及竹纤维中的至少一种，直径为50 nm~50 μm，长度为500 nm~5 cm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中机械打浆的打浆度为40~80 °SR。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）中纸张的定量为30~200 g/m2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）中氢氧化钠溶液的质量分数为0.05~8 %，润涨时间为1~6 h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）中乙醇溶液的体积分数为30~70 %。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3）的悬浊液中羟基磷灰石的质量分数为2~15 %。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3）中羟基磷灰石的粒径为50 nm~20 μm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3）中热压处理的时间2~60 min，压力为0.1~5 MPa，温度为60~90°C。
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