CN104479250A - 一种具有高光热转换效率的多功能复合膜及其制备方法与应用 - Google Patents

一种具有高光热转换效率的多功能复合膜及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多功能复合膜，包括如下质量份数的组分：0.1-15份的共轭聚合物纳米材料和85-99.9份的塑料，其中，所述共轭聚合物纳米材料选自如下至少一种：聚3,4-乙撑二氧噻吩、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚对苯撑乙烯和聚多巴胺黑素。该多功能复合膜具有高光热转换效率，能将太阳光中的近红外线、红外线转化成热量，可提高膜周围及膜覆盖面积内的温度；同时可仅仅通过其产生的热量杀死细菌、霉菌等；该多功能复合膜是由非重金属类、无毒的共轭聚合物纳米材料与塑料混合搅拌，再用挤出法、压延法或吹塑法制成薄膜，可广泛应用于日常器具用膜、包装用膜、农用薄膜和工业用膜中。

Description

一种具有高光热转换效率的多功能复合膜及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于多功能薄膜领域，具体涉及一种具有高光热转换效率的多功能复合膜及其制备方法与应用。
背景技术
塑料薄膜行业正处于一个蓬勃发展的阶段，中国塑料薄膜的需求量将以每年9％以上的速度增长。而且随着新材料、新设备和新工艺不断地涌现，将促使塑料薄膜朝着品种多样化、多功能化方向发展。但是兼具低成本、抗菌防霉、吸光发热等应用到多领域的薄膜很少。因此，开发一种具有高光热转换效率的多功能复合膜具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高光热转换效率的多功能复合膜。
本发明所提供的多功能复合膜，包括如下质量份数的组分：0.1-15份的共轭聚合物纳米材料和85-99.9份的塑料，其中，所述共轭聚合物纳米材料选自由下述至少一种物质形成的纳米材料：聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)、聚噻吩(PTh)、聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANI)、聚对苯撑乙烯(PPV)和聚多巴胺黑素(Dpa-melanin)。
更进一步的，本发明所提供的多功能复合膜可由如下质量份数的组分组成：0.1-15份的共轭聚合物纳米材料、85-99.9份的塑料和20-30份的助剂。
所述助剂为助剂A或助剂B；所述助剂A由增塑剂、稳定剂和润滑剂组成，所述增塑剂、稳定剂和润滑剂的质量比为(20-25)：(1-2.5)：(0.2-1.5)；所述助剂B由所述增塑剂、所述稳定剂、所述润滑剂和所述填料组成，其中，所述增塑剂、稳定剂、润滑剂和填料的质量比为(20-25)：(1-2.5)：(0.2-1.5)：(0-3)。
所述增塑剂具体可为邻苯二甲酸二辛酯。
所述稳定剂具体可为钙-锌稳定剂。
所述润滑剂具体可为硬脂酸单甘油酯和/或PE蜡。
所述填料具体可为滑石粉。
上述多功能复合膜中，所述共轭聚合物纳米材料具体可为共轭聚合物纳米颗粒，所述共轭聚合物纳米颗粒的粒径范围可为5-200nm。
所述塑料选自如下至少一种：聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯(PET)、聚酰胺(PA)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。
所述共轭聚合物纳米材料可按照下述方法进行制备：通过水热法，采用阴离子表面活性剂将聚合物单体与氧化剂锁在胶束里，使其稳定合成，从而生成形貌大小可控的共轭聚合物纳米材料，具体的制备步骤参照中国专利(申请号为201410286876.7，公开号为104072736A，公开日为2014-10-01，申请日为2014年06月24日)。
本发明所述的多功能复合膜可以通过常规的挤出法(吹塑法)、压延法等即可制备得到。
本发明所述的多功能复合膜在日常器具、包装用膜、农用薄膜和工业用膜等方面的应用也属于本发明的保护范围。
本发明所提供的多功能复合膜能吸收太阳光中的近红外线、红外线并将其转化成热量，阻止其向周围辐射，从而提高膜周围及膜覆盖面积内的温度，在寒冷气候应用效果同样较好；同时可以仅仅通过其热量杀死细菌、霉菌等，而不是通过外援杀菌剂等。此外，所述多功能复合膜是由非重金属类、无毒的共轭聚合物纳米材料与塑料混合搅拌，再用挤出法或压延法制成薄膜。
所述的多功能复合膜，具有高光热转换效率，可广泛应用于日常器具、包装用膜、农用薄膜、工业用膜(包括大棚膜、食品器具、包装膜、管道保温膜等)。
附图说明
图1为本发明制备的高光热转换效率的多功能复合膜(包装用膜)的组成示意图。
图2为本发明制备的高光热转换效率的多功能复合膜用于饭盒的示意图。
图3为本发明制备的高光热转换效率的多功能复合膜用于大棚膜的示意图。
图4为本发明制备的高光热转换效率的多功能复合膜用于工业上管道的保温膜的示意图。
图5为实施例1制备的高光热转换效率的多功能复合膜的光热效果图。
图6为实施例1制备的高光热转换效率的多功能复合膜的杀菌效果图。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例中所用的共轭聚合物纳米材料是按照中国专利(申请号为201410286876.7，公开号为104072736A，公开日为2014-10-01，申请日为2014年06月24日)制备得到的。聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)共轭聚合物纳米颗粒(粒径为15-20nm)按照公开号为104072736A的实施例1制备；聚吡硌(PPy)共轭聚合物纳米颗粒(粒径为20-30nm)按照公开号为104072736A的实施例2制备；聚苯胺(PAIN)共轭聚合物纳米颗粒(粒径为10-25nm)按照公开号为104072736A的实施例3制备。
实施例1：PEDOT多功能复合膜的制备及其应用
多功能复合膜的制备：将质量份数为1份的聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)共轭聚合物纳米颗粒(粒径为15nm)、99份的聚氨酯和24.1份的助剂(所述助剂由增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、稳定剂钙-锌稳定剂、润滑剂硬脂酸单甘油酯和填料滑石粉组成，其相应的质量比为20：1.5：0.6：2)混合搅拌均匀，采用常规的挤出法成型为复合膜(其特点是生产线占地面积小，投资少，设备结构简单，操作较简单，生产技术好掌握；其中采用吹塑成型复合膜为圆筒状，而且无需切边，产生废料少，膜的厚度和宽度也比较容易控制)，多功能复合膜的平均膜厚为0.9mm。
所制备得到的多功能复合膜的光热转换效率的测试结果如图5所示，从图5可以得知：仅仅添加占总重量1％的聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)共轭聚合物纳米颗粒，经太阳光光照300秒后，温度即可上升27摄氏度。根据温度差与时间做的曲线，根据光热转换效率的公式计算得光热转换效率为31％。
所制备得到的多功能复合膜的杀菌效果的测试结果如图6所示，从图6可以得知：对膜表面细菌含量做了研究，分别取了4个时间点：光照前，光照2分钟后，光照4分钟后，光照6分钟后，随着光照时间的延长，细菌量逐渐变少，得到良好的杀菌效果，抑菌率达到80％。
实施例2：多功能复合膜的制备及其应用
多功能复合膜的制备：将质量份数为5份的聚吡硌(PPy)共轭聚合物纳米颗粒(粒径为20nm)、95份的聚氯乙烯(PVC)和28.2份的助剂(所述助剂由增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、稳定剂钙-锌稳定剂、润滑剂硬脂酸单甘油酯和填料滑石粉组成，其相应的质量比为23：2：0.7：2.5)混合搅拌均匀，采用常规的挤出法成型为复合膜，多功能复合膜的平均膜厚为0.9mm。所制备得到的多功能复合膜的示意图如图1所示。从图1可得知：多功能复合膜并非单层膜。
多功能复合膜的应用：将所制备得到的多功能复合膜应用到饭盒、大棚膜和管道的保温膜上，其相应的示意图如图2、图3和图4所示。
所制备得到的多功能复合膜的光热转换效率的测试结果为：光热转换效率为42％，抑菌率85％。
实施例3：多功能复合膜的制备及其应用
多功能复合膜的制备：将质量份数为13份的聚吡咯(PPy)共轭聚合物纳米颗粒(粒径为30nm)、87份的聚乙烯(PE)和25.1份的助剂(所述助剂由增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、稳定剂钙-锌稳定剂、润滑剂PE蜡和填料滑石粉组成，其相应的质量比为(21：2.1：0.5：1.5)混合搅拌均匀，采用常规的压延法成型复合膜(其特点是压延机生产速度较快，生产的薄膜工作强度高、质量好，厚度误差很小)，多功能复合膜的膜厚为0.3mm。
所制备得到的多功能复合膜的示意图如图1所示。
多功能复合膜的应用：将所制备得到的多功能复合膜应用到饭盒、大棚膜和管道的保温膜上，其相应的示意图如图2、图3和图4所示。
所制备得到的多功能复合膜的光热转换效率的测试结果为：光热转换效率为55％，抑菌率90％。
实施例4：多功能复合膜的制备及其应用
多功能复合膜的制备：将质量份数为8份的聚苯胺(PAIN)共轭聚合物纳米颗粒(粒径为20nm)、92份的聚乙烯(PE)和29.5份的助剂(所述助剂由增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、稳定剂钙-锌稳定剂、润滑剂硬脂酸单甘油酯和填料滑石粉组成，其相应的质量比为24：2.5：1.2：1.8)混合搅拌均匀，采用常规的吹塑法(挤出法中的一种比较优异的方法)，制备得到多功能复合膜，多功能复合膜的膜厚为0.1mm。
所制备得到的多功能复合膜的示意图如图1所示。
多功能复合膜的应用：将所制备得到的多功能复合膜应用到饭盒、大棚膜和管道的保温膜上，其相应的示意图如图2、图3和图4所示。
所制备得到的多功能复合膜的光热转换效率的测试结果为：光热转换效率为40％，抑菌率82％。

Claims (6)

1.一种复合膜，包括如下质量份数的组分：0.1-15份的共轭聚合物纳米材料和85-99.9份的塑料，其中，所述共轭聚合物纳米材料选自由下述至少一种物质形成的纳米材料：聚3,4-乙撑二氧噻吩、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚对苯撑乙烯和聚多巴胺黑素。
2.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于：所述复合膜由如下质量份数的组分组成：0.1-15份的所述共轭聚合物纳米材料、85-99.9份的所述塑料和20-30份的助剂；
所述助剂为助剂A或助剂B；所述助剂A由增塑剂、稳定剂和润滑剂组成，所述增塑剂、稳定剂和润滑剂的质量比为(20-25)：(1-2.5)：(0.2-1.5)；所述助剂B由所述增塑剂、所述稳定剂、所述润滑剂和填料组成，其中，所述增塑剂、稳定剂、润滑剂和填料的质量比为(20-25)：(1-2.5)：(0.2-1.5)：(0-3)。
3.根据权利要求1或2所述的复合膜，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯；
所述稳定剂为钙-锌稳定剂；
所述润滑剂为硬脂酸单甘油酯和/或PE蜡；
所述填料为滑石粉。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的复合膜，其特征在于：所述塑料选自如下至少一种：聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺和乙烯-醋酸乙烯共聚物。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的复合膜，其特征在于：所述共轭聚合物纳米材料为共轭聚合物纳米颗粒，所述共轭聚合物纳米颗粒的粒径为5-200nm。
6.权利要求1-5中任一项所述的复合膜在制备日常器具、包装用膜、农用薄膜和工业用膜中的应用。
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