[发明专利]海鞘纤维素胆甾相液晶薄膜的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于海鞘纤维素N*-LCs的功能薄膜材料领域。

背景技术

20世纪初，人们意识到了石油、煤等资源的日益枯竭和不可再生性，以及环境对健康的重要性，于是开始把注意力集中到了来源广泛和环境友好的纤维素材料上。

一百多年来人们对植物纤维素的结构、化学和物理性质进行了详细的研究。1976年，D.G.Gary等[Werbowyj R.S.，Gray D.G.，Mol.Cryst.Liq.Cryst.(Lett.)，1976，34(4)：97-103.]首次在公开文献上报道了分子量为100000的羟丙基纤维素的20％～50％水溶液能形成具有彩虹色彩、强烈双折射和旋光性的N*-LCs溶液；1992年，Sugiyama等[Sugiyama J，Chanzy H，Maret G，Macromolecules，1992，25(16)：4232-4234.]首次从真海鞘中提取出纤维素；2005年，Kimura等[Kimura F，Kimura T，Tamura M，et al，Magnetic alignment of the chiral nematic phase of a cellulose microfibril suspension[J]，Langmuir，2005，21(5)：2034-2037.]报道了酸水解后的真海鞘纤维素可以形成N*-LCs；2007年，Berg等[Berg O.V.D，Capadona R.J，Weder C，Biomacromolecules，2007，8(4)：1353-1357].首次从柄海鞘中提取出纤维素，并用酸水解的方法得到柄海鞘纤维素晶须。本发明中利用海鞘纤维素N*-LCs来制备薄膜，成膜以后仍然保持N*-LCs的特有的螺旋结构，可选择反射红外光。

N*-LCs具有独特的选择反射性能。在反射波长范围内，具有左旋螺旋结构的N*-LCs允许右旋圆偏振光透过而反射左旋圆偏振光，反之亦然。在反射波长范围之外，左旋和右旋圆偏振光皆可透过。反射的波长范围可以用Δλ＝ΔnP公式来表示，其中：P、Δn分别为螺旋结构的螺距、液晶的双折射指数。选择反射光的波长随着视角的变化而变化，使得其具有彩虹般颜色。N*-LCs的螺旋结构决定了它本身特有的光学特性，例如旋光性、偏光二色性、布拉格反射等。因此，海鞘纤维素N*-LCs不仅可以在传统的天然纤维材料领域，而且在防伪材料、反射型彩色电子纸、装潢涂料、显示材料及红外光屏蔽节能材料等领域具有广泛的应用前景。海鞘纤维素N*-LCs薄膜在可见光区域(400-700nm)反射较小，而在近红外区域(700-2200nm)有很强的反射。因此，海鞘纤维素N*-LCs薄膜可应用于有效反射红外光、阻隔热量为目的的建筑材料或汽车行业。

据文献报道，高层楼房内约19％的能量来自于通过窗户进入室内的太阳光辐射能，这部分热能辐射主要是指红外光(750-2500nm波段)区域所产生的能量，这是夏季室内过热的主要原因。反射红外光的薄膜可使夏季室内空调节电5％以上，按全年使用100小时计算，一台家用空调可以节电24千瓦时，按全国有1.4亿台家用空调计算，每年可以节约用电33亿千瓦时，相当于少建一个60万千瓦的火力发电厂，减排温室气体330万吨。

但是目前市面上的该类薄膜存在价格昂贵、原料不可再生、不可降解等缺点，而本发明中采用海鞘纤维素制备的N*-LCs薄膜具有资源丰富，可再生、可降解，工艺简单绿色环保，而且可以通过涂装技术成膜，工艺简单，节能高效等特点。

发明内容

本发明是制备具有选择反射红外光而使可见光顺利透过的海鞘纤维素N*-LCs薄膜的技术及其产品。海鞘纤维素N*-LCs薄膜可有效阻挡红外光热能，所以，将广泛应用于建筑与汽车玻璃的防红外光贴膜，防伪材料及手性模板领域。它具有节能环保，原料资源丰富，价格低廉，并且反应物和副产物无毒、对环境没有污染，符合绿色环保和蓝色经济的主题，而且操作过程简单可行、生产成本低，容易实现产业化。

海鞘纤维素N*-LCs薄膜的制备方法包括以下步骤：

将海鞘纤维素粉末与浓硫酸按照一定的比例进行混合，将混合溶液在45℃下加热搅拌反应一定时间后，加入大量的去离子水终止反应，再通过离心和透析去除溶液中过量的酸，浓缩并超声处理后即得到N*-LCs悬浮液。然后将悬浮液均匀地涂布在水平玻璃基板或其他基材上，在室温下自然干燥或真空干燥，即得到海鞘纤维素N*-LCs薄膜，待重量不再变化时可以揭膜。