利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方法
【專利摘要】本發明涉及纖蛇紋石納米纖維薄膜，具體說是利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方法，其首先將數塊纖蛇紋石納米纖維薄膜分別浸漬于不同折射率的液態可固化樹脂中，待每一塊所述纖蛇紋石納米纖維薄膜空隙中的空氣全部排出，且空隙被上述樹脂全部填充后，取出各塊纖蛇紋石納米纖維薄膜，然后將其表面多余的樹脂除去，最后進行固化，得到透光度不同的纖蛇紋石納米纖維薄膜。本發明采用折射率較高的可固化樹脂對纖蛇紋石納米纖維薄膜空隙中的空氣進行取代，也就是用不同折射率的樹脂來填充纖蛇紋石納米纖維薄膜的納米纖維之間的空隙，從而不同程度地降低界面對可見光的瑞利散射作用，達到提高并調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的目的。
【專利說明】
利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方法
技術領域
[0001] 本發明涉及纖蛇紋石納米纖維薄膜，具體涉及一種利用空隙充填調控纖蛇紋石納 米纖維薄膜透光度的方法。
【背景技術】
[0002] 纖蛇紋石納米纖維薄膜是由纖蛇紋石納米纖維溶膠通過抽濾或壓濾得到的濾膜， 再經干燥而制得，其外觀為白色不透明薄膜，是由于其納米纖維與納米纖維之間充滿了大 量的空隙，被空氣所填充。
[0003] 纖蛇紋石納米纖維薄膜是通過纖蛇紋石納米纖維無規則的緊密堆積在一起而形 成的一種較為致密的薄膜，孔隙率高、比表面積大、力學性能優良、熱穩定好，在微濾、吸附、 增強等方面有應用潛力。這種薄膜外觀呈白色，不透明，可以如同紙張一樣進行書寫和彎曲 折疊。如果能夠改變這種薄膜的透光度，使它可以在不透明、半透明、高度透明之間進行調 控，則憑借其優良的力學性能和熱穩定性，可以替代一些傳統的半透明、透明的塑料薄膜應 用于需要更高強度、更高耐熱性能的場所。目前，尚未見到提高并調控纖蛇紋石納米纖維薄 膜透光度的相關報道。
【發明內容】
[0004] 本發明提供一種簡單、易操作的利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度 的方法。
[0005] 本發明采用的技術方案為:利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方 法，其按以下步驟進行：
[0006] 首先將數塊纖蛇紋石納米纖維薄膜分別浸漬于不同折射率的液態可固化樹脂中， 待每一塊所述纖蛇紋石納米纖維薄膜空隙中的空氣全部排出，且空隙被上述樹脂全部填充 后，取出各塊纖蛇紋石納米纖維薄膜，然后將其表面多余的樹脂除去，最后進行固化，得到 透光度不同的纖蛇紋石納米纖維薄膜。
[0007] 作為優選，每一塊所述纖蛇紋石納米纖維薄膜是由纖蛇紋石納米纖維懸浮液通過 抽濾或壓濾得到的白色不透明薄膜。
[0008] 作為優選，每一塊所述纖蛇紋石納米纖維薄膜的折射率為1.543±0.01。
[0009]作為優選，所述液態可固化樹脂在固化之后的折射率為1.40-1.65,在可見光區域 的平均透光度大于或等于70%。
[0010] 作為優選，所述液態可固化樹脂的固化方式采用紫外固化。
[0011] 作為優選，所述纖蛇紋石納米纖維薄膜在液態可固化樹脂中的浸漬采用負壓浸漬 或加壓浸漬，浸漬時間為1-48小時。
[0012] 作為優選，在浸漬之前對上述纖蛇紋石納米纖維薄膜用丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、聚 乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、古爾膠或淀粉進行增強處理。
[0013] 作為優選，所述可固化樹脂是由單體、低聚物和光引發劑構成的混合體系。
[0014] 本發明采用折射率較高的可固化樹脂對纖蛇紋石納米纖維薄膜空隙中的空氣進 行取代，也就是用不同折射率的樹脂來填充纖蛇紋石納米纖維薄膜的納米纖維之間的空 隙，從而不同程度地降低界面對可見光的瑞利散射作用，達到提高并調控纖蛇紋石納米纖 維薄膜透光度的目的。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發明中纖蛇紋石納米纖維薄膜的照片，為白色不透明。上面用手寫文字進 行了標記。
[0016] 圖2是本發明中纖蛇紋石納米纖維薄膜通過空隙充填光固化樹脂體系并固化后得 到的高度透明的纖蛇紋石納米纖維薄膜。充填前所做的標記(見圖1)清晰可見。
[0017] 圖3是采用空隙充填法增強了纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的照片。
【具體實施方式】
[0018] 下面詳細介紹本發明的利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方法， 其首先將數塊纖蛇紋石納米纖維薄膜分別浸漬于不同折射率的液態可固化樹脂中，待每一 塊所述纖蛇紋石納米纖維薄膜空隙中的空氣全部排出，且空隙被上述樹脂全部填充后，取 出各塊纖蛇紋石納米纖維薄膜，然后將其表面多余的樹脂除去，最后進行固化，從而得到透 光度不同的纖蛇紋石納米纖維薄膜;其中每一塊所述纖蛇紋石納米纖維薄膜是由纖蛇紋石 納米纖維懸浮液通過抽濾或壓濾得到的白色薄膜，折射率為1.543±0.01，所述液態可固化 樹脂在固化之后的折射率為1.40-1.65,且其在可見光區域的平均透光度大于或等于70%， 從而保證固化后的纖蛇紋石納米纖維薄膜具有較好的透光度。
[0019] 在本發明中，液態可固化樹脂的固化方式采用紫外固化，纖蛇紋石納米纖維薄膜 在液態可固化樹脂中的浸漬采用負壓浸漬或加壓浸漬，浸漬時間為1-48小時，浸漬時間取 決于樹脂粘度、樹脂表面張力、樹脂對納米纖維的潤濕性及對空隙的滲透性、納米纖維薄膜 孔隙率與孔隙大小、浸漬壓差等。為了確保纖蛇紋石納米纖維薄膜在浸漬過程中不損壞，可 以在浸漬之前對納米纖維薄膜用少量高分子粘結劑進行增強處理，高分子粘結劑采用用丙 烯酸鈉、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、古爾膠或淀粉等。
[0020] 本發明中的可固化樹脂是由單體、低聚物和光引發劑構成的混合體系。
[0021] 單體是含有可聚合官能團的有機小分子，包括單官能團、二官能團、三官能團及多 官能團單體，主要為丙烯酸酯類型的單體，如二乙二醇二甲基丙烯酸酯、雙季戊四醇六丙烯 酸酯、乙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯 酸酯、環三羥甲基丙烷甲縮醛丙烯酸酯、丙氧化三羥甲基丙烷丙烯酸酯、乙氧化雙酚A二甲 基丙烯酸酯、三(2-羥乙基)異氰脲酸三丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、乙氧化三羥甲基丙 烷三丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、月桂酸丙烯酸酯、異冰片基丙烯酸酯、乙氧基乙基 丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、異葵基丙烯酸酯、丙氧化新 戊二醇二丙烯酸酯、四氫呋喃丙烯酸酯、乙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯 酸酯、1，6_己二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，等等。
[0022] 低聚物是分子量相對較低的感光性樹脂，具有可以進行光固化反應的基團，如各 類不飽和雙鍵或環氧基等。包括不飽和聚酯、環氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸 酯、純丙烯酸樹脂、環氧樹脂，及其基于它們的各種改性產品。
[0023] 光引發劑是能吸收輻射能，經激發發生化學變化，產生具有引發聚合能力的活性 中間體（自由基或陽離子）的物質。包括自由基型光引發劑等，如苯偶酰、二乙氧基苯乙酮、 2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羥基環己基苯甲酮、2-羥基-2-甲基-1-對羥乙基醚基苯基 丙酮、2,4,6_三甲基苯甲酰基乙氧基苯基氧化膦、2,4,6_三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、4-對甲苯巰基二苯甲酮、二苯甲酮及其衍生物、硫雜蒽酮及其衍生物、2-乙基蒽醌等。
[0024] 可固化樹脂可由上述單體、低聚物和光引發劑混合而成。可以是單體與光引發劑 的混合，可以是低聚物與光引發劑的混合，也可以是單體、低聚物與光引發劑的混合。可以 同時采用一種或多種單體，也可以同時采用一種或多種低聚物，還可以同時采用一種或多 種單體與低聚物進行混合。混合的原則是控制得到的可固化樹脂在固化之后的折射率范圍 為1.40~1.65。由于光引發劑的加入量很少，樹脂的折射率主要決定于加入的各種單體和 低聚物組分，可用下列公式描述：
[0025] 可固化樹脂折射率~組分1折射率X組分1比率+組分2折射率X組分2比率+……+ 組分η折射率X組分η比率
[0026]例如：乙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯固化后的折射率為1.469,將其與3%的光 引發劑混合以后得到的可固化樹脂固化后的折射率約為1.470;季戊四醇三丙烯酸酯固化 后的折射率為1.484,乙氧基乙基丙烯酸酯固化后的折射率為1.435,兩者以1:1的比例混 合，加入3%的光引發劑，得到的可固化樹脂固化后的折射率約為1.459。
[0027] 本發明中，將纖蛇紋石納米纖維膜浸漬于不同折射率的可固化樹脂之中，然后取 出固化，就可以得到具有不同透光度的纖蛇紋石納米纖維薄膜，其透光度范圍為50%~ 90%。固化后的樹脂折射率與纖蛇紋石納米纖維的折射率越接近，則纖蛇紋石納米纖維薄 膜的透光度越高;兩者折射率差異越大，則纖蛇紋石納米纖維薄膜的透光度越低。其原因來 自于可見光在納米纖維薄膜中的散射。
[0028] 納米纖維薄膜中存在大量的空隙，這些空隙是納米纖維交織而成，尺寸為數十到 數百納米，與可見光波長相當。正常狀態下，這些空隙中充填的是空氣。空氣的折射率約為 1，而纖蛇紋石納米纖維的折射率為1.543,兩者之間存在巨大的差異。眾所周知，對于一個 被光照的物體而言，近似而言，入射光=透過光+散射光。想要透光性好，則材料對于可見光 的散射一定要少。根據瑞利-德拜-甘斯散射理論(下述公式為散射因子表達式，其中η為空 隙的折射率，no為納米纖維的折射率。S R為散射因子，越大意味著散射能力越強），在納米纖 維與空氣的界面處，由于折射率差異性巨大，入射進納米薄膜的可見光被散射掉，透光度極 少，因此納米纖維呈不透明狀。而采用折射率較高的樹脂取代空氣充填進納米纖維之間的 空隙后，纖維與樹脂之間的折射率差異大為降低，因此界面處的散射能力下降，透光性能增 加。當樹脂與纖蛇紋石納米纖維的折射率完全相等時，也就是下述公式中的η = n〇,則此時 的散射因子SR = 0,意味著界面散射完全消失，則入射光幾乎可全部透過去，此時的透光度 達到最大值。
[0030] 實施例
[0031] 取厚度約50μπι的白色纖蛇紋石納米纖維薄膜，真空浸漬于固化后折射率為1.496 的由雙-季戊四醇六丙烯酸酯為主要成分的光固化樹脂體系中24小時，然后取出除去表面 多余的樹脂，再進行紫外固化，可以將纖蛇紋石納米纖維薄膜的透光度提高到78.22% (590nm處）；取厚度約70μπι的白色纖蛇紋石納米纖維薄膜，真空浸漬于固化后折射率為 1.542的由鄰苯基苯氧乙基丙烯酸酯和乙氧化雙酚Α二甲基丙烯酸酯為主要成分的光固化 樹脂體系中12小時，然后取出除去表面多余的樹脂，再進行紫外固化，可以將纖蛇紋石納米 纖維薄膜的透光度提高到84.46% (590nm處）；取厚度約40μηι的白色纖蛇紋石納米纖維薄 膜，真空浸漬于固化后折射率為1.619的由丙烯酸酯為主要成分的光固化體系中36小時，然 后取出除去表面多余的樹脂，再進行紫外固化，可以將纖蛇紋石納米纖維薄膜的透光度提 高到 70.51%(590nm#)〇
[0032] 下表為采用本發明的方法、用不同折射率的可固化樹脂充填處理后的纖蛇紋石納 米纖維薄膜相關透光度測試，其結果如下：
[0034]為了方便比較，上述實例中所使用的充填樹脂體系的透光度均接近，即純固化體 系固化后的透光度為88±2%。當充填使用的樹脂的透光度更低或更高時，相應的纖蛇紋石 納米纖維薄膜的透光度會隨之降低或升高。實施過程見圖1、圖2、圖3。
[0035]需要說明的是，除了本發明中所述的由單體、低聚物和光引發劑構成的紫外光固 化樹脂體系可以用來充填纖蛇紋石納米纖維薄膜中的空隙之外，其他可以通過熱、濕、氧等 方式固化的透明多組分物質（如A/B組分的硅橡膠、A/B組分環氧樹脂等）、透明可聚合固化 的低聚物(如甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等）同樣可以得到調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度 的效果。調控的程度取決于這些有機物的折射率和透光度。需要說明的是，除了纖蛇紋石納 米纖維薄膜，其他很多由納米纖維構成的薄膜，也可以采用相同的方法填充其中的空隙，從 而調控其透光度。
[0036]以上對本發明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例 對本發明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本 發明實施例的原理；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明實施例，在具體實施方 式以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【主權項】
1. 利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方法，其按以下步驟進行： 首先將數塊纖蛇紋石納米纖維薄膜分別浸漬于不同折射率的液態可固化樹脂中，待每 一塊所述纖蛇紋石納米纖維薄膜空隙中的空氣全部排出，且空隙被上述樹脂全部填充后， 取出各塊纖蛇紋石納米纖維薄膜，然后將其表面多余的樹脂除去，最后進行固化，得到透光 度不同的纖蛇紋石納米纖維薄膜。2. 如權利要求1所述利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方法，其特征 在于:每一塊所述纖蛇紋石納米纖維薄膜是由纖蛇紋石納米纖維懸浮液通過抽濾或壓濾得 到的白色不透明薄膜。3. 如權利要求1所述利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方法，其特征 在于:每一塊所述纖蛇紋石納米纖維薄膜的折射率為1.543 ± O. Ol。4. 如權利要求1所述利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方法，其特征 在于:所述液態可固化樹脂在固化之后的折射率為1.40-1.65,在可見光區域的平均透光度 大于或等于70%。5. 如權利要求1所述利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方法，其特征 在于:所述液態可固化樹脂的固化方式采用紫外固化。6. 如權利要求1所述利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方法，其特征 在于:所述纖蛇紋石納米纖維薄膜在液態可固化樹脂中的浸漬采用負壓浸漬或加壓浸漬， 浸漬時間為1 -48小時。7. 如權利要求1所述利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方法，其特征 在于:在浸漬之前對上述纖蛇紋石納米纖維薄膜用丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙 二醇、聚乙烯吡咯烷酮、古爾膠或淀粉進行增強處理。8. 如權利要求1所述利用空隙充填調控纖蛇紋石納米纖維薄膜透光度的方法，其特征 在于:所述可固化樹脂是由單體、低聚物和光引發劑構成的混合體系。
【文檔編號】C08K7/10GK105949359SQ201610330808
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月18日
【發明人】劉琨, 朱賓楠, 馮其明, 張國范, 歐樂明, 盧毅屏, 石晴
【申請人】中南大學