一种光热转换功能薄膜制备方法及光热转换功能薄膜与流程

本发明涉及光热转换功能薄膜制备领域，具体为一种光热转换功能薄膜制备方法及光热转换功能薄膜。
背景技术：
：随着化石燃料的不断减少，太阳能已经成为人们能源利用中重要组成部分。并且太阳能是一种清洁、可再生能源。因此，太阳能得到了快速发展。太阳能的利用主要有光热转换和光电转换两个途径。其中，光热转换是将太阳能直接转换为热能并加以利用。太阳能光热应用无疑是人类利用太阳能最简单、最直接、最有效的途径之一。然而，由于其到达地球后能量密度较小又不连续，因此，为大规模的开发利用带来了困难。长期以来，如何将低品位的太阳能转换成高品位的热能，并对太阳能进行富集，以便最大限度地利用太阳能，成为研究者关心的问题。光热转换功能薄膜是一种有效利用光热转换方式的材料。数据显示，目前功能薄膜比重仅占30％。高中档功能膜均不能满足市场需求，功能膜行业的发展前景十分广阔，市场潜力巨大。但光热转换薄膜在制备过程存在一些问题，一方面，太阳光谱范围内，高吸收率、低红外反射率且性能稳定的光热转换材料少之又少；另一方面，如何将原本稀有的光热转换材料均匀地复合到传统薄膜基体材料中，从而获得高光热转换效率、薄膜透光性好、耐拉伸与耐撕裂和长寿命的高档型薄膜，这一直是薄膜行业面临的重要课题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种光热转换功能薄膜制备方法及光热转换功能薄膜，将太阳光快速转化成热，实现太阳光热高效利用，突破现有传统薄膜无光热转换性能缺陷，填补该类薄膜国内空白。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光热转换功能薄膜制备方法，其是采用光热转换材料作为反应原料制备光热转换功能薄膜，所述制备方法包括以下步骤：一、先将所述光热转换材料烘干，然后向烘干后的光热转换材料中加入表面活性剂，混合反应0.5～1h后得到母粒前驱体；其中，按照重量份数比，所述光热转换材料为5～10份，所述表面活性剂为3～5份；二、将所述母粒前驱体、光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、流变剂、消雾剂以及流滴剂分别加入到母粒基体中，混合反应5～15min后得到造粒原料；其中，按照重量份数比，所述母粒前驱体为8～15份，光稳定剂为5～10份，所述抗氧化剂为3～5份，所述分散剂为1～3份，所述流变剂为1～3份，所述消雾剂为1～3份，所述流滴剂为1～3份，所述母粒基体为65～90份；三、将步骤二中制备的所述造粒原料放入挤出机中进行造粒，对造粒后的样品先进行冷却，然后进行切割制备出所述薄膜颗粒母粒；四、先将所述薄膜颗粒母粒、光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、流变剂、消雾剂、流滴剂以及薄膜基体混合5～10min，然后将混合后的溶液放入吹膜机中进行吹膜制备出所述光热转换功能薄膜；其中，按照重量份数比，所述薄膜颗粒母粒5～10份，所述光稳定剂为3～5份，所述抗氧化剂为1～3份，所述分散剂为1～3份，所述流变剂为1～3份，所述消雾剂为1～3份，所述流滴剂为1～3份，所述薄膜基体为70～90份。优选的，所述步骤一和步骤二中的混合反应均在搅拌的条件下进行。优选的，所述步骤一中，采用烘箱烘干所述光热转换材料，所述烘箱的温度为70～90℃，烘干时间为7～10h。优选的，所述步骤三中的挤出机为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的挤出温度为100～200℃，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为100～500rpm。优选的，所述吹膜机的模头温度为140～190℃，所述吹膜机的熔融温度为150～200℃。优选的，所述表面活性剂为硬脂酸锌、白油、n,n-二羟乙基十八胺中的任意一种。优选的，所述步骤二中的光稳定剂为uv-531、uv-770、uv-327、光稳定剂622、光稳定剂123中的任意一种；所述步骤二中的抗氧化剂为dltp、抗氧化剂168、tbhq、抗氧化剂1010中的任意一种；所述步骤二中的分散剂为亚乙基双硬脂酰胺、乙撑基双硬脂酸酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸单甘油酯中的任意一种。优选的，所述步骤四中的光稳定剂为uv-531、uv-770、uv-327、光稳定剂622、光稳定剂123、tbs、uv-214中的任意一种；所述步骤四中的抗氧化剂为dltp、抗氧化剂168、tbhq、抗氧化剂1010、抗氧化剂1076、2,6-二叔丁基对甲酚中的任意一种；所述步骤四中的分散剂为亚乙基双硬脂酰胺、聚乙烯蜡中的任意一种。优选的，所述流变剂为hyperc100p树脂、流变剂da-910中的任意一种；所述消雾剂为甘油单油酸酯、山梨醇脂肪酸酯中的任意一种；所述流滴剂为聚甘油脂肪酸酯、单硬脂酸甘油酯、椰子油酸二乙醇酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚中的任意一种；所述母粒基体和所述薄膜基体均为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的任意一种。本发明还提供一种光热转换功能薄膜，其是根据所述的光热转换功能薄膜制备方法制备而成。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用表面活性剂对干燥的光热转换材料进行修饰。然后将修饰后的光热转换材料与光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、流变剂、消雾剂、流滴剂、母粒基体进行高速搅拌混合。再然后用双螺杆挤出机进行熔融挤出造粒，冷却切割后得到薄膜颗粒母料。然后再将薄膜颗粒母料、光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、流变剂、消雾剂、流滴剂以及薄膜基体混合均匀，经吹膜机制备成光热转换功能薄膜。本发明中的光热转换功能薄膜制备方法成功将光热转换材料制作成了薄膜颗粒母料，并进一步制备成了光热转换功能薄膜。且本发明中光热转换功能薄膜的制备方法提高了光热转换材料在薄膜基体中的分散性，得到了高透光率、高光热转换效率、耐拉伸与耐撕裂和长寿命的高档型光热转换功能薄膜。该光热转换功能薄膜采用光转热原理，只要有光就能产生热量。且该光热转换功能薄膜能够加热周围环境，大幅度提高环境温度。此外，本发明中的光热转换功能薄膜制备方法可进行工业化生产，同时也可以广泛应用在温室大棚、农用地膜、太阳绿色加工等方面。附图说明图1为本发明光热转换功能薄膜制备方法流程图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1本实施例提供一种光热转换功能薄膜，其是根据所述的光热转换功能薄膜制备方法制备而成。本发明制备出的光热转换功能薄膜的光热转换效率高，且透光性好。所述光热转换功能薄膜的透光率为63％～78％，所述光热转换功能薄膜的厚度为0.04～0.2mm，所述光热转换功能薄膜的光热转换效率为50％～90％。实施例2本实施例将对实施例1中的光热转换功能薄膜制备方法进行具体说明。一种光热转换功能薄膜制备方法，其是采用光热转换材料作为反应原料制备光热转换功能薄膜。具体的，光热转换功能薄膜制备方法是将光热转换材料均匀地分散到薄膜母粒中。然后再进一步做成透光性好、光热转换效率高的光热转换功能薄膜。参考图1，所述光热转换功能薄膜制备方法包括以下步骤：先将光热转换材料烘干，其目的是去除光热转换材料中的水分，以增强光热转换材料在薄膜基体中的分散性，提高光热转换功能薄膜的产品质量。具体的，采用烘箱烘干所述光热转换材料，所述烘箱的温度为70～90℃，烘干时间为7～10h。然后向烘干后的光热转换材料中加入表面活性剂，在搅拌的条件下混合反应0.5～1h后得到母粒前驱体。其中，按照重量份数比，所述光热转换材料为5～10份，所述表面活性剂为3～5份。在太阳光谱范围内，所述光热转换材料具有高吸收率、低红外反射率且性能稳定的优点。所述光热转换材料的制备方法已在申请号为201811532890.5的案件中公开。所述表面活性剂为硬脂酸锌、白油、n,n-二羟乙基十八胺中的任意一种。二、将所述母粒前驱体、光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、流变剂、消雾剂以及流滴剂分别加入到母粒基体中，在搅拌的条件下混合反应5～15min后得到造粒原料。其中，按照重量份数比，所述母粒前驱体为8～15份，所述光稳定剂为5～10份，所述抗氧化剂为3～5份，所述分散剂为1～3份，所述流变剂为1～3份，所述消雾剂为1～3份，所述流滴剂为1～3份，所述母粒基体为65～90份。三、将步骤二中制备的所述造粒原料放入挤出机中进行造粒，对造粒后的样品先进行冷却，然后进行切割制备出所述薄膜颗粒母粒。其中，所述挤出机为双螺杆挤出机。所述双螺杆挤出机的挤出温度为100～200℃，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为100～500rpm，所述薄膜颗粒母粒的粒径为1～2mm，长度为3～5mm。四、先将所述薄膜颗粒母粒、光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、流变剂、消雾剂、流滴剂以及薄膜基体混合5～10min至均匀状，然后将混合后的溶液放入吹膜机中进行吹膜制备出所述光热转换功能薄膜。此步骤是在步骤三造粒的基础上，将得到的光热转换功能薄膜颗粒母粒与薄膜基体混合，制作出均一性，高质量光热转换功能薄膜。所述吹膜机的模头温度为140～190℃，所述吹膜机的熔融温度为150～200℃。其中，按照重量份数比，所述薄膜颗粒母粒5～10份，所述光稳定剂为3～5份，所述抗氧化剂为1～3份，所述分散剂为1～3份，所述流变剂为1～3份，所述消雾剂为1～3份，所述流滴剂为1～3份，所述薄膜基体为70～90份。其中，所述步骤二中的光稳定剂为uv-531(2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮)，uv-770(双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯)、uv-327(2-(2-羟基-3,5-二丁叔基苯基)-5-氯代苯并三唑)、光稳定剂622(丁二酸与(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物))、光稳定剂123(双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4哌啶基)癸二酸酯)中的任意一种；所述步骤二中的抗氧化剂为dltp(硫代二丙酸二月桂酯)、抗氧化剂168(三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)、tbhq(特丁基对苯二酚)、抗氧化剂1010(四(β-3,5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)中的任意一种；所述步骤二中的分散剂为亚乙基双硬脂酰胺、乙撑基双硬脂酸酰胺、聚乙烯蜡ac-6a、硬脂酸单甘油酯中的任意一种。所述步骤四中的光稳定剂为光稳定剂为uv-531(2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮)，uv-770(双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯)、uv-327(2-(2-羟基-3,5-二丁叔基苯基)-5-氯代苯并三唑)、光稳定剂622(丁二酸与(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物))、光稳定剂123(双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4哌啶基)癸二酸酯)、tbs(水杨酸-4-对叔丁基苯酯)、uv-214(2,4-二羟基二苯甲酮)中的任意一种；所述步骤四中的抗氧化剂为dltp(硫代二丙酸二月桂酯)、抗氧化剂168(三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)、tbhq(特丁基对苯二酚)、抗氧化剂1010(四(β-3,5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)、抗氧化剂1076(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯)、2,6-二叔丁基对甲酚中的任意一种；所述步骤四中的分散剂为亚乙基双硬脂酰胺、聚乙烯蜡ac-6a中的任意一种。所述步骤二和步骤四中的流变剂、消雾剂以及流滴剂均一致。所述流变剂为hyperc100p树脂、流变剂da-910中的任意一种；所述消雾剂为甘油单油酸酯、山梨醇脂肪酸酯中的任意一种；所述流滴剂为聚甘油脂肪酸酯、单硬脂酸甘油酯、椰子油酸二乙醇酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚中的任意一种；所述母粒基体和所述薄膜基体均为低密度聚乙烯(ldpe)、线性低密度聚乙烯(lldpe)、中密度聚乙烯(mdpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、聚氯乙烯(pvp)、聚丙烯(pp)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)中的中的任意一种。本实施例中的光热转换功能薄膜制备方法成功将光热转换材料制作成了薄膜颗粒母料，并进一步制备成了光热转换功能薄膜。且本实施例中光热转换功能薄膜的制备方法提高了光热转换材料在薄膜基体中的分散性，得到了高透光率、高光热转换效率、耐拉伸与耐撕裂和长寿命的高档型光热转换功能薄膜。此外，本实施例中的光热转换功能薄膜制备方法可进行工业化生产，同时也可以广泛应用在温室大棚、农用地膜、太阳绿色加工等方面。实施例3根据实施例2中的光热转换功能薄膜制备方法，本实施例将具体举例说明。示例一：(1)取5份光热转换材料，将其放在80℃烘箱中烘干7h，然后加入5份表面活性剂，搅拌反应0.5h得到母粒前驱体。其中，所述表面活性剂为白油。(2)将8份母粒前驱体、5份光稳定剂、5份抗氧化剂、2份分散剂、2份流变剂、1份消雾剂、2份流滴剂加入到68份低密度聚乙烯(ldpe)的母粒基体中，高速搅拌反应10min得到造粒原料。其中，所述光稳定剂为uv-770，所述抗氧化剂为抗氧化剂168，所述分散剂为聚乙烯蜡ac-6a，所述流变剂为hyperc100p树脂，所述消雾剂为甘油单油酸酯，所述流滴剂为单硬脂酸甘油酯。(3)将步骤(2)得到的造粒原料，用双螺杆挤出机进行熔融挤出造粒。对造粒后的样品先进行冷却，然后进行切割制备出所述薄膜颗粒母粒。其中，双螺杆挤出机的挤出温度为180℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为300rpm；(4)将5份制作好的薄膜颗粒母粒、3份光稳定剂、2份抗氧化剂、2份分散剂、1份流变剂、1份消雾剂、1份流滴剂以及84份低密度聚乙烯(ldpe)混合均匀。然后在熔融温度为175℃和模头温度为165℃的条件下，用吹膜机制备成光热转换功能薄膜。其中，此步骤中的光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、流变剂、消雾剂以及流滴剂与步骤(2)中的光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、流变剂、消雾剂以及流滴剂相同。示例一制备得到的光热转换功能薄膜中，光热转换材料均匀地分散在低密度聚乙烯(ldpe)中。其中，光热转换功能薄膜中的光热转换材料的质量份数为0.5％；光热转换功能薄膜的透光率为78％，厚度为0.07mm，横向拉力为8.2n，横向拉伸为20mpa，横向断裂伸长率为1230％；光热转换功能薄膜的纵向拉力为9.1n，纵向拉伸为22.1mpa，纵向断裂伸长率为498％。在冬季，普通薄膜可保持温到10℃。而示例一制备的光热转换功能薄膜可达到的最高温度为16℃(中原地区)，表明示例一制备得到的光热转换功能薄膜具有高的光热转换效率。示例一制备得到的所述光热转换功能薄膜的性能具体如表1所示。表1为示例一制备出的光热转换功能薄膜的性能表示例二：(1)取10份光热转换材料，将其放在80℃烘箱中烘干7h，然后加入5份表面活性剂，搅拌反应0.5h，得到母粒前驱体。其中，所述表面活性剂为白油。(2)将15份母粒前驱体、5份光稳定剂、5份抗氧化剂、2份分散剂、2份流变剂、1份消雾剂、2份流滴剂加入到68份低密度聚乙烯(ldpe)中，高速搅拌反应10min得到造粒原料。其中，所述光稳定剂为uv-770，所述抗氧化剂为抗氧化剂168，所述分散剂为聚乙烯蜡ac-6a，所述流变剂为hyperc100p树脂，所述消雾剂为甘油单油酸酯，所述流滴剂为单硬脂酸甘油酯。(3)将(2)得到的得到的造粒原料，用双螺杆挤出机进行熔融挤出造粒。对造粒后的样品先进行冷却，然后进行切割制备出所述薄膜颗粒母粒。其中，双螺杆挤出机的挤出温度为180℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为300rpm。(4)将10份制作好的薄膜颗粒母粒、5份光稳定剂、3份抗氧化剂、3份分散剂、2份流变剂、1份消雾剂、2份流滴剂以及74份低密度聚乙烯(ldpe)混合均匀。然后在熔融温度为175℃和模头温度为165℃的条件下，用吹膜机制备成光热转换功能薄膜。其中，此步骤中的光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、流变剂、消雾剂以及流滴剂与步骤(2)中的光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、流变剂、消雾剂以及流滴剂相同。示例二制备得到的光热转换功能薄膜中，光热转换材料均匀地分散在低密度聚乙烯(ldpe)中。其中，光热转换功能薄膜中的光热转换材料的质量份数为1％；光热转换功能薄膜的透光率为63％，厚度为0.07mm，横向拉力为8.6n，横向拉伸为20mpa，横向断裂伸长率为1028％；光热转换功能薄膜的纵向拉力为9.2n，纵向拉伸为22.8mpa，纵向断裂伸长率为375％。在冬季，普通薄膜可保持温度到10℃(中原地区)，而示例二制备的光热转换功能薄膜可达到的最高温度为20℃(中原地区)。示例二制备得到的所述光热转换功能薄膜的性能具体如表2所示。表2为示例二制备出的光热转换功能薄膜的性能表性能测试结果光热转换材料的质量份数1％透光率63％厚度0.07mm横向拉力8.6n横向拉伸20mpa横向断裂伸长率1028％纵向拉力9.2n纵向拉伸22.8mpa纵向断裂伸长率375％示例二中光热转换材料在光热转换功能薄膜中的占据的比例是1％。示例一中光热转换材料在光热转换功能薄膜中的占据的比例是0.5％。对比表2和表1中的内容可知，光热转换材料的含量越高，光热转换功能薄膜的光热转换效率越高，光热转换功能薄膜内的温度越高。光热转换材料本身是黑色的。所以光热转换材料的含量越高，其透光率就会降低。此外，光热转换材料在合成的过程中有硫存在，起到硫化作用，可以增加薄膜的拉伸能力。所以光热转换功能薄膜中光热转换材料的含量越高，其拉伸性能越好。示例三：与示例一唯一不同的是，示例三中的母粒基体和所述薄膜基体均为线性低密度聚乙烯(lldpe)。通过示例三制备得到的光热转换功能薄膜中，光热转换材料均匀地分散在线性低密度聚乙烯(lldpe)中。lldpe由于其本身的性质，使得其拉伸性能均优于ldpe的拉伸性能。因此，示例三中制备的光热转换功能薄膜的拉伸性能优于示例一制备的光热转换功能薄膜的拉伸性能。其中，光热转换材料的质量份数为0.5％，光热转换功能薄膜的透光率为78％，厚度为0.07mm，横向拉力为7.8n，横向拉伸为20mpa，横向断裂伸长率为1420％；纵向拉力为9n，纵向拉伸为21.5mpa，纵向断裂伸长率为558％，在冬季，普通薄膜可保持温到10℃(中原地区)，示例三中的光热转换功能薄膜薄膜可达到的最高温度为17℃(中原地区)。示例三制备得到的所述光热转换功能薄膜具体如表3所示。表3为示例三制备出的光热转换功能薄膜的性能表性能测试结果光热转换材料的质量份数0.5％透光率78％厚度0.07mm横向拉力7.8n横向拉伸20mpa横向断裂伸长率1420％纵向拉力9n纵向拉伸21.5mpa纵向断裂伸长率558％尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。当前第1页12