[发明专利]一种除污阻热复合聚合物薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于环保节能材料技术领域，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。

背景技术

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。

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(10²¹cm^-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。

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。因此本发明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。

发明内容

本发明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。本发明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。

根据本发明第一方面，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：

(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；