CN101880418B - 一种透明eva隔热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透明EVA隔热材料及其制备方法。该方法先将100份隔热改性剂和1.0～5.0份硅烷偶联剂混合均匀；制得表面处理后的隔热改性剂，然后将100份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、0.2～1.5份交联固化剂、0～0.3份抗氧剂和1～15份表面处理后的隔热改性剂混合均匀；控制温度在70～110℃，将配制的混合物用挤出机进行共混挤出，得到透明EVA粒料。该EVA粒料可直接作为隔热装置用热熔胶，也可用于制造隔热型夹层玻璃中间膜。该EVA胶膜能够使夹层玻璃具有优良的隔热性能，并保持较高的粘合强度和透明性。
Description
技术领域
本发明涉及一种以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为基材的隔热材料。特别涉及一种粘结强度较高且隔热性能优秀的可用于制造隔热型夹层玻璃中间膜的透明EVA隔热材料及其制备方法。
背景技术
夹层玻璃是由两片或两片以上玻璃及位于玻璃片之间的粘弹性聚合物胶片粘接而成的深加工玻璃制品。夹层玻璃由于玻璃间的中间层与玻璃的牢固的韧性粘结作用，改善了玻璃的韧性、回弹性、粘性与切变阻尼性，使得夹层玻璃具有较强的抵御碰撞冲击的安全性与隔绝噪声的性能，因而它已经成为一种适应性好、耐久性强的新型装饰玻璃材料，日益受到了建筑业的青睐。
由于最简单的夹层玻璃结构为玻璃/高分子中间膜/玻璃，通过对夹层玻璃中玻璃的选择或者中间膜的改性和结构设计能够使夹层玻璃具有安全、防盗、抗紫外线、隔音和隔热等优异的性能。在夹层结构和玻璃材质选定的情况下，夹层玻璃的性能则取决于高分子中间膜的性能。
随着我国经济的发展，能耗越来越大，其中建筑能耗已占总能耗的27.6％，且呈逐年上升的趋势。而建筑能耗中通过玻璃门窗损失的能耗占到40％～50％。因此，隔热夹层玻璃对建筑节能意义重大，其隔热中间膜的研究更是关键一环。对于隔热型夹层玻璃而言，首先，普通玻璃的导热系数在1.0w/(m.k)，其中间膜必须具有较低的导热系数[＜1.0w/(m.k)]，这样才能有效地减少热量传递，起到阻隔热量的作用；其二，中间膜与玻璃之间必须具有较佳的粘合性能，以保证所制备的夹层玻璃在受到外力碰撞时能吸收冲击能量，降低穿透的可能性。即使发生破碎也能牢固地粘合在一起，保持完整性而不会产生锋利碎片，从而保证玻璃的安全特性；其三，中间膜必须具备高透明性即高的可见光透过率，这样才能使所制备的夹层玻璃满足建筑的采光要求和视觉要求。
目前，最常用的夹层玻璃中间膜基材是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。与EVA相比，PVB的价格要高得多，加工工艺复杂，PVB胶膜粘性强，成型后卷绕存在粘结问题，在施工过程中需要高压这一苛刻条件。许多学者致力于新型夹层玻璃用中间膜的研究。近三十年来，日本积水公司以PVB为基材运用各种先进技术，如多层挤压技术、精细-粒子分布技术和胶粘强度调节技术，成功研制出高性能的隔音隔热PVB中间膜。他们还根据材料的透光性、粘性、可加工性、价格等特点，选择乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为基材，制备出夹层玻璃用EVA中间膜，其性能可与PVB相媲美的，能够应用于建筑夹层玻璃。在国外公开发表的文献及专利中，主要对EVA中间膜的组成或夹层玻璃的结构进行研究。但是，针对隔热型夹层玻璃用EVA中间膜的研究较少。普通隔热改性剂的引入往往使得EVA中间胶膜与玻璃的粘合强度下降，透明性降低，这一隔热性与透明性及粘合性的矛盾致使EVA中间膜的使用进一步受到限制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中夹层玻璃中间膜用EVA材料存在隔热性与透明性及粘合性不能兼顾的问题，提供一种可用于制造隔热型夹层玻璃中间膜的透明EVA隔热材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述方法制备的可用于制造隔热型夹层玻璃中间膜的透明EVA隔热材料。
本发明以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为基体，选用合适的隔热改性剂、交联固化剂和抗氧剂，采用机械挤出，并选择合适口模，制得EVA膜材或粒料。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种透明的EVA隔热材料的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
(1)以质量份数计，将100份隔热改性剂和1.0～5.0份硅烷偶联剂混合均匀；所述隔热改性剂为纳米二氧化硅或二氧化硅气凝胶；所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；
(2)以质量份数计，将100份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、0.2～1.5份交联固化剂、0～0.3份抗氧剂和1～15份步骤(1)制备的表面处理后的隔热改性剂混合均匀；所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]；所述交联固化剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷、叔丁基过氧化异丙苯或双叔丁基过氧化二异丙基苯；
(3)控制温度在70～110℃，将步骤(2)配制的混合物用挤出机进行共混挤出，得到透明EVA粒料，经口模模压成型，制得透明EVA隔热膜材。
所述EVA粒料的醋酸乙烯(VA)的质量百分含量为25～35％；
一种透明的EVA隔热材料，由上述方法制备。
按照国家标准GB/T2790-1995胶粘剂180度试验方法测试，所述透明的EVA隔热材料制成的0.5mm厚EVA胶膜与玻璃的粘合强度为35～50N/cm。
所述透明的EVA隔热材料制成的0.5mm厚EVA中间膜与两片玻璃层压后，所得夹层玻璃的可见光透过率大于80％。
所述透明的EVA隔热材料导热系数为0.1000～0.2965W/(M.k)。
本发明在确保由所述EVA材料制成的夹层玻璃的透明性及粘合性达到要求(即可将光透过率≥80％、EVA/玻璃粘合力≥30N/cm)的前提下，选择能大幅度降低EVA材料导热系数的隔热改性剂，成功地研制出透明可用于隔热型夹层玻璃中间膜的EVA材料。
与现有技术相比本发明方法具有如下的优点：
(1)经本发明改性后的EVA材料所制成的夹层玻璃具有比普通EVA胶膜制成的夹层玻璃具有更优异的隔热性能；
(2)本发明制得的EVA隔热材料能使所制得的夹层玻璃具有优异的隔热性能，同时保持高的可见光透过率，透明性满足建筑用夹层玻璃的要求，在建筑界应用前景好。
(3)本发明得到的EVA隔热材料能够满足夹层玻璃使用时的粘合力要求。
附图说明
图1隔热箱测试法的测试装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
以质量份数计，将0.3份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯作为抗氧剂、0.2份2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷作为交联固化剂加入到100份VA重量含量为33％的EVA粒料(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)中混合均匀。将混合物用挤出机进行共混挤出，温度控制在90℃。然后挤出物经再熔融、模压成型，控制温度在145℃、压力15MPa，即得厚度为0.5mm的EVA中间膜A-0。然后分别对EVA中间膜A-0进行隔热实验、导热系数、透光性和粘合性
如图1所示，对EVA中间膜A-0进行隔热箱测试法的测试。隔热箱测试法的试验装置包括250W的红外灯光源1、DM6801A数字测温仪用热电偶2、木质挡板3、PS泡沫保温层4、200×200×150mm规格的木质隔热箱5和盖板6；将EVA中间膜上下两面分别与普通浮法玻璃粘贴，形成玻璃/EVA中间膜/玻璃结构，即为盖板6；红外灯光源1位于盖板6上方400mm处，盖板6设置在开口型的隔热箱5上端开口处，隔热箱5内设置保温层4，保温层4内为空腔结构，空腔内一侧设置一块挡板3，挡板3下方设有热电偶线2；热电偶线2与数字测温仪连接。利用红外灯1照射60min后隔热箱内的平衡温度对盖板6的隔热效果进行表征。
用HOT-DISK热常数分析仪测定试样的导热系数。试验中所用探头直径6.403mm，输出功率0.02W，测试时间80s，初始温度20℃，TCR 0.047K-1。
采用UV-VIS8500型紫外-可见分光光度计测定EVA夹层玻璃在380～780nm波长范围内的可见光透过率，对EVA夹层玻璃的透明性进行表征。EVA夹层玻璃结构为玻璃/0.5mmEVA胶膜/玻璃，其中玻璃为普通浮法玻璃。
测定EVA胶膜与玻璃之间粘合强度的样品结构为玻璃/EVA/Nano-SiO2胶膜/TPT，其中普通浮法玻璃规格为400×25×3mm；EVA胶膜规格为200×25×0.5mm。将固定好的试样用太阳能电池层压机进行层压，层压温度145℃，抽气5min，后层压10min。粘合强度采用万能电子拉力机按照GB/T2790-1995“胶粘剂180°剥离强度试验方法”进行，计算公式如式1所示。
σ180°＝F/B (1)
式中：σ180°-180°剥离强度，N/cm；
F——平均剥离力，N；
B——试样宽度，cm。
实施例2
以质量份数计，将6份比表面积为150m2/g的纳米二氧化硅(经过3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷表面处理)作隔热改性剂、0.2份二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]作为抗氧剂、1.0份叔丁基过氧化异丙苯作为交联固化剂加入到100份VA重量含量为28％的EVA粒料(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)中混合均匀。将混合物用挤出机进行共混挤出，温度控制在90℃。然后挤出物经再熔融、模压成型，控制温度在145℃、压力15MPa，即得厚度为0.5mm的EVA中间膜A-1。对EVA中间膜进行隔热实验、导热系数、透光性和粘合性测试。测试方法同实施例1。
实施例3
以质量份数计，将6份比表面积为200m2/g的纳米二氧化硅(经过3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷表面处理)作隔热改性剂、0.2份二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]作为抗氧剂、1.0份叔丁基过氧化异丙苯作为交联固化剂加入到100份VA重量含量为28％的EVA粒料(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)中混合均匀。将混合物用挤出机进行共混挤出，温度控制在90℃。然后挤出物经再熔融、模压成型，控制温度在145℃、压力15MPa，即得厚度为0.5mm的EVA中间膜A-2。对EVA中间膜进行隔热实验、导热系数、透光性和粘合性测试。测试方法同实施例1。
实施例4
以质量份数计，将6份比表面积为300m2/g的纳米二氧化硅(经过3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷表面处理)作隔热改性剂、0.2份二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]作为抗氧剂、1.0份叔丁基过氧化异丙苯作为交联固化剂加入到100份VA重量含量为28％的EVA粒料(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)中混合均匀。将混合物用挤出机进行共混挤出，温度控制在90℃。然后挤出物经再熔融、模压成型，控制温度在145℃、压力15MPa，即得厚度为0.5mm的EVA中间膜A-3。对EVA夹层玻璃进行隔热实验、导热系数、透光性和粘合性测试。测试方法同实施例1。
实施例5
以质量份数计，将6份比表面积为800m2/g的二氧化硅气凝胶(经过3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷表面处理)作隔热改性剂、0.2份二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]作为抗氧剂、1.0份叔丁基过氧化异丙苯作为交联固化剂加入到100份VA重量含量为28％的EVA粒料(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)中混合均匀。将混合物用挤出机进行共混挤出，温度控制在90℃。然后挤出物经再熔融、模压成型，控制温度在145℃、压力15MPa，即得厚度为0.5mm的EVA中间膜A-4。对EVA中间膜进行隔热实验、导热系数、透光性和粘合性测试。测试方法同实施例1。
实施例6
以质量份数计，将1份比表面积为800m2/g的二氧化硅气凝胶作隔热改性剂(经过5份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷表面处理)、0.1份为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯作抗氧剂、1.5份双叔丁基过氧化二异丙基苯作为交联固化剂加入到100份VA重量含量为25％的EVA粒料(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)中混合均匀。将混合物用挤出机进行共混挤出，温度控制在90℃。然后挤出物经再熔融、模压成型，控制温度在145℃、压力15MPa，即得厚度为0.5mm的交联EVA中间膜A-5。对EVA中间膜进行隔热实验、导热系数、透光性和粘合性测试。测试方法同实施例1。
实施例7
以质量份数计，将10份比表面积为800m2/g的二氧化硅气凝胶作隔热改性剂(经过3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷表面处理)、0.3份为二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]作为抗氧剂、1.0份2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷作为交联固化剂加入到100份VA重量含量为28％的EVA粒料(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)中混合均匀。将混合物用挤出机进行共混挤出，温度控制在90℃。然后挤出物经再熔融、模压成型，控制温度在145℃、压力15MPa，即得厚度为0.5mm的EVA中间膜A-6。对EVA中间膜进行隔热实验、导热系数、透光性和粘合性测试。测试方法同实施例1。
实施例8
以质量份数计，将15份比表面积为800m2/g的二氧化硅气凝胶作隔热改性剂(经过2份γ-氨丙基三乙氧基硅烷表面处理)、0.2份为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯作抗氧剂、1.0份交联固化剂2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷作为交联固化剂加入到100份VA重量含量为33％的EVA粒料(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)中混合均匀。将混合物用挤出机进行共混挤出，温度控制在90℃。然后挤出物经再熔融、模压成型，控制温度在145℃、压力15MPa，即得厚度为0.5mm的EVA中间膜A-7。对EVA中间膜进行隔热实验、导热系数、透光性和粘合性测试。测试方法同实施例1。
按照本发明实施例1-8所制备的EVA材料的隔热性能、透光性和粘合性能的测试结果如表1、表2和表3所示。为了使测试结果具有可比性，用于测试的EVA膜材均为0.5mm厚。
1、隔热性能的测试结果
表1 EVA中间膜的导热系数与隔热性能
注：|ΔT|表示各样品与未改性EVA粘合的玻璃测试时的空腔平衡温度差值的绝对值。
2、透光性的测试结果
表2 EVA中间膜的可见光透过率
3、EVA的粘合强度测试结果
EVA胶膜与玻璃的粘合强度按照国家标准GB/T2790-1995“胶粘剂180°剥离强度试验方法”进行测试。
表3 EVA胶膜与玻璃的粘合强度
在250W红外灯距离400mm处垂直照射由所述EVA胶膜制成的结构为玻璃/EVA胶膜/玻璃的盖板6，与用未改性的EVA制成的上盖板(实施例1)相比，本发明实施例2-8制备的中间膜能使隔热箱内温度降低2.3～8.0℃。且实施例2-8所得的EVA中间膜制备的夹层玻璃可见光透过率均大于80％，均具有优异的透明性，同时实施例2-8所制备的EVA中间膜与玻璃的粘合强度均远大于30N/cm，得到43.5-47.4N/cm，粘合性能较佳，完全满足建筑夹层玻璃使用的透明性和粘合性的要求，高于现有市售产品。因此本发明制备的EVA中间膜能使夹层玻璃在获得更佳的隔热性能的同时保持高的透明度和粘合强度。
Claims (6)
1.一种透明EVA隔热材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：
(1)以质量份数计，将100份隔热改性剂和1.0～5.0份硅烷偶联剂混合均匀；所述隔热改性剂为纳米二氧化硅或二氧化硅气凝胶；所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；
(2)以质量份数计，将100份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、0.2～1.5份交联固化剂、0～0.3份抗氧剂和1～15份步骤(1)制备的表面处理后的隔热改性剂混合均匀；所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]；所述交联固化剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷、叔丁基过氧化异丙苯或双叔丁基过氧化二异丙基苯；
(3)控制温度在70～110℃，将步骤(2)配制的混合物用挤出机进行共混挤出，得到透明EVA粒料，经口模模压成型，制得透明EVA隔热膜材。
2.根据权利要求1所述一种透明EVA隔热材料的制备方法，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物具有质量百分含量为25～35％的醋酸乙烯酯(VA)。
3.一种透明EVA隔热材料，其特征在于该透明的EVA隔热材料由权利要求1所述方法制备。
4.根据权利要求3所述一种透明EVA隔热材料，其特征在于：按照国家标准GB/T2790-1995胶粘剂180度试验方法测试，所述EVA隔热材料制成的0.5mm厚EVA胶膜与玻璃的粘合强度为35～50N/cm。
5.根据权利要求3所述一种透明EVA隔热材料，其特征在于：所述EVA隔热材料制成的0.5mm厚EVA中间膜与两片玻璃层压后，采用UV-VIS8500型紫外-可见分光光度计测定EVA夹层玻璃在380～780nm波长范围内的可见光透过率，所得夹层玻璃的可见光透过率大于80％。
6.根据权利要求3所述一种透明EVA隔热材料，其特征在于：用HOT-DISK热常数分析仪测定试样的导热系数，所用热常数分析仪的探头直径为6.403mm，输出功率为0.02W，测试时间为80s，初始温度为20℃，TCR为0.047K-1；所述EVA胶膜导热系数为0.1000～0.2965W/(M.k)。
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