CN103450531B - 一种相变控温防晒薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相变控温防晒薄膜及其制备方法。其特征在于相变控温防晒薄膜是以微胶囊复合相变材料为智能控温成分，采用氧化锌、二氧化钛、银、氧化铝等纳米颗粒作为抗紫外线材料，以PVC、PET、PE等薄膜为基体材料塑化复合而成。本发明首先将基体材料的树脂粉，塑料助剂通过高速搅拌混炼成均匀稳定的增塑糊，然后加入微胶囊复合相变材料和纳米颗粒，继续搅拌混合均匀，最后通过涂敷成形、高温固化制备出具有较好相变储能特性和较高抗紫外线性能的新型相变控温防晒薄膜，该薄膜在可见光区的透过率可达65%，在紫外光区的透过率仅为10%。
Description
技术领域
本发明涉及储能复合材料领域和光学领域，具体为一种相变控温防晒薄膜及其制备方法。
背景技术
近年来，高效隔热材料由于具有突出的优点以及节能环保的需要，己成为发展最决，最具活力的新型材料之一。尤其是为解决建筑物、汽车等场所的隔热问题，国内外在高效隔热薄膜领域进行了广泛的研究和尝试。现有的各种太阳热反射隔热薄膜，基本上都是通过增加薄膜表面对红外线的反射，隔离辐射热，进而达到防晒及节能目的。如中国专利200310111067.4通过F、Mn元素的掺杂来增加薄膜对红外线的反射率。中国专利200410051966.4通过氧化钒在相变温度以上全波段来反射红外光，提高对太阳光的热放射效率，实现控温。这种对可见光中红外线的反射隔离，虽然降低了室内及汽车内电能的消耗，但不能自动调节环境内部的温度，同时也降低了太阳能的利用效率。因此，在隔热的同时如果能将太阳能的辐射热储存起来进行再利用，将会大幅度提高太阳能的利用效率，真正起到节能的效果。
相变蓄热是利用相变材料的相变潜热来实现能量的储存和利用的新型节能技术。它利用相变材料的相变潜热来蓄热，蓄能密度大，蓄热装置简单、体积小，而且蓄热过程中相变材料近似恒温，易于实现定温控制，特别适用于建筑保温节能领域，具有广阔的应用前景。随着相变材料的优势逐渐被各能源相关领域所认同，相变材料的研究越发深入，目前已经形成了一些比较成熟的相变材料与普通建筑材料的复合使用方式。但是还没发现将这种技术应用到隔热防晒薄膜领域中的研究。因此，本发明拟提供一种新型的相变控温隔热防晒薄膜，将相变材料应用到隔热防晒薄膜中，通过相变材料的储热特性将部分太阳能辐射热储存起来并通过抗紫外线材料反射或吸收大部分紫外光来自动调节薄膜内部环境的温度，实现智能控温。因此，这种薄膜比现有反射太阳热的薄膜性能要好得多，会起到较好的隔热防晒效果，且能做到冬暖夏凉，起到不用或少用空调，从而有效地提高能源利用率，实现高效节能。
本发明首次提出将微胶囊复合相变材料、纳米颗粒抗紫外线材料和聚合物复合，赋予薄膜优良的太阳光隔热和智能控温效果。如果在建筑物屋顶、门窗及汽车门窗表面贴上一层这种薄膜，或在农用温室做保温膜，将在夏季有效降低暴露在太阳热辐射下的装备的表面和内部温度，可以节省甚至不用空调，既节省能源又保护环境。
发明内容
本发明的目的就是提供一种新型的相变控温防晒薄膜及其制备方法。该薄膜一方面通过相变材料的储能特性把红外线辐射热储存起来，起到智能控温效果；另一方面利用纳米颗粒对紫外线的阻隔及吸收能力对紫外线进行屏蔽，从而提高建筑物或者汽车内部环境的舒适度。另外，在这些环境温度过低时，薄膜内部的相变材料还能将储存的热量释放出来，从而进一步保证环境内部的舒适性，这将对环境起到双重保护的功效，同时有效地提高能源利用率，真正起到节能的目的。
本发明提供的相变控温防晒复合薄膜所采用的智能控温成分—微胶囊复合相变材料，具有较高的相变控温性能、热循环稳定性好、相变温度适宜，能有效地将建筑物及汽车门窗玻璃内部的温度控制在室温范围内，从而实现控温节能。该薄膜采用的纳米颗粒抗紫外线成分由于具有高折光性和高光活性，对中波区和长波区紫外线具有较强的屏蔽功能，且所采用的纳米颗粒无毒无污染，已经被广泛地被用作化妆品的防晒剂，本发明采用纳米颗粒作为光吸收材料将具有较高的抗紫外线效果。因此，本发明的相变控温防晒复合薄膜具有较高的智能控温性能和防晒效果，能有效控制建筑物及汽车内部的温度波动，提高能源利用率，具有较强的节能防晒功能。
本发明所提出的相变控温防晒复合薄膜的技术方案，其特征是由基体材料、智能控温材料、抗紫外线材料、塑料添加剂复合而成。其中，各组分的质量范围为基体材料35~38wt.％，智能控温材料5~8wt.％，抗紫外线材料5~6wt.％，塑料添加剂48~55wt.％。
上述基体材料可为PE、PET、PVC等材料。
上述智能控温材料为微胶囊复合相变材料。
上述抗紫外线材料为氧化锌、二氧化钛、银、氧化铝等纳米颗粒。
上述塑料添加剂剂为增塑剂、抗氧剂、稳定剂等。
一种上述相变控温防晒复合薄膜的制备方法，其步骤如下：
步骤1，采用塑料混炼技术，将基体材料与塑料助剂进行共混塑炼，得到均匀稳定的增塑糊。
步骤2，将一定比例的微胶囊复合相变材料和抗紫外线纳米颗粒加入步骤1的增塑糊中，搅拌分散均匀。
步骤3，将步骤2的增塑糊转移到模具中，涂敷均匀。
步骤4，将模具转移到80-100°C的烘箱中，恒温固化6-10h成形。
步骤5，取出模具，室温自然冷却，脱模即得相变控温防晒薄膜。
一种上述相变控温防晒复合薄膜的制备方法，其步骤如下：
步骤1，将基体材料、塑料助剂、溶剂混合均匀，得到均匀稳定的溶液。
步骤2，将一定比例的微胶囊复合相变材料和抗紫外线纳米颗粒加入步骤1的混合溶液中，搅拌分散均匀。
步骤3，将步骤2的混合溶液转移到模具中，涂敷均匀。
步骤4，将模具转移到真空烘箱中，室温条件下，连续抽真空6h，使溶剂完全挥发，并脱去气泡。
步骤5，升温至80-150°C，恒温固化成形。
步骤6，取出模具，室温自然冷却，脱模即得相变控温防晒薄膜。
本发明与现有传统技术相比，具有以下有益效果：
（-）提高了隔热防晒薄膜的防晒功能，具有自动调温效果，大幅度提高能源利用率。
本发明中采用的智能控温成分—微胶囊复合相变材料，储热密度大，且相变温度恰好在室温范围内，物理化学稳定性好，能有效地将太阳辐射的热量储存起来，并适时平稳对外释放，可以有效地起到自动控温的作用，实现智能控温，可以使建筑物及汽车门窗内部冬暖夏凉，从而减少空调的使用。本发明中采用的纳米颗粒具有较高的抗紫外线功能，可以进一步提高薄膜的抗晒能力。
（二）制备方法简单，成本低廉
本发明提供的相变控温防晒薄膜，通过高速混炼、涂覆成型、高温固化等制备工艺，操作简单。
附图说明
图1是实施例1中相变控温防晒复合薄膜的紫外-可见光光谱；
图2是实施例1中相变控温防晒复合薄膜的DSC曲线。
图3是实施例2中相变控温防晒复合薄膜的紫外-可见光光谱；
图4是实施例2中相变控温防晒复合薄膜的DSC曲线。
图5是实施例3中相变控温防晒复合薄膜的紫外-可见光光谱；
图6是实施例3中相变控温防晒复合薄膜的DSC曲线。
具体实施方式：
实施例1
将35wt％PVC糊树脂、48wt％DOP增塑剂、2wt％钙锌稳定剂、3wt％发泡剂等混合均匀，在高速混炼机中高速混炼形成均匀稳定的增塑糊。将7wt％微胶囊复合相变材料和5wt％抗紫外线纳米颗粒加入到该增塑糊中，搅拌均匀，然后将该增塑糊倒入模具中，涂敷形成2.5mm厚的膜。接着，将模具放入80°C烘箱中，高温固化6h。最后，脱模，即得相变控温防晒薄膜。
如此，则得到相变控温防晒薄膜在红外光区的透光率为59％，说明其具有一定的透明性，在紫外光区的透光率仅有10％，即紫外光被该薄膜完全屏蔽，具有较强的抗紫外线效果。通过DSC曲线显示，其熔融温度为19.44℃，熔融焓为8.90J/g。
实施例2
将35wt％PVC糊树脂、48wt％DOP增塑剂、2wt％钙锌稳定剂、2wt％发泡剂等混合均匀，在高速混炼机中高速混炼形成均匀稳定的增塑糊。将7wt％微胶囊复合相变材料和6wt％抗紫外线纳米颗粒加入到该增塑糊中，搅拌均匀，然后将该增塑糊倒入模具中，涂敷形成2.5mm厚的膜。接着，将模具放入80°C烘箱中，高温固化6h。最后，脱模，即得相变控温防晒薄膜。
如此，则得到相变控温防晒薄膜在红外光区的透光率为65％，说明其具有一定的透明性，在紫外光区的透光率仅有11％，即紫外光被该薄膜完全屏蔽，具有较强的抗紫外线效果。通过DSC曲线显示，其熔融温度为21.25℃，熔融焓为9.51J/g。
实施例3
将38wt％PVC糊树脂、20wt％DOP增塑剂、2wt％钙锌稳定剂、3wt％发泡剂、25wt％溶剂THF等混合均匀，形成均匀稳定的溶液。将7wt％微胶囊复合相变材料和5wt％抗紫外线纳米颗粒加入到该溶液中，搅拌分散均匀，然后将该溶液倒入模具中，涂敷形成2.5mm厚的膜。将模具转移到真空烘箱中，室温条件下，连续抽真空6h，使溶剂完全挥发，并脱去气泡。接着，将烘箱升温至80°C，高温固化6h。最后，脱模，即得相变控温防晒薄膜。
如此，则得到相变控温防晒薄膜在红外光区的透光率为66％，说明其具有一定的透明性，在紫外光区的透光率仅有11％，即紫外光被该薄膜完全屏蔽，具有较强的抗紫外线效果。通过DSC曲线显示，其熔融温度为26.56℃，熔融焓为8.87J/g。
Claims (7)
1.一种相变控温防晒薄膜的制备方法，其特征在于：
步骤如下，步骤1，将基体材料与塑料助剂进行共混塑炼，得到均匀稳定的增塑糊；
步骤2，将所需比例的微胶囊复合相变材料和抗紫外线纳米颗粒加入步骤1的增塑糊中，搅拌分散均匀；
步骤3，将步骤2的增塑糊转移到模具中，涂敷均匀；
步骤4，将模具转移到80-100℃的烘箱中，恒温固化6-10h成形；
步骤5，取出模具，室温自然冷却，脱模即得相变控温防晒薄膜；
相变控温防晒薄膜由基体材料、微胶囊复合相变材料、抗紫外线材料、塑料助剂复合而成；
其中，各组分的质量范围为基体材料35～38wt.％，微胶囊复合相变材料5～8wt.％，抗紫外线材料5～6wt.％，塑料助剂48～55wt.％。
2.一种相变控温防晒薄膜的制备方法，其特征在于：
步骤如下：
步骤1，将基体材料、塑料助剂、有机溶剂混合均匀，得到均匀稳定的溶液；所用有机溶剂为四氢呋喃、环己酮、二氯乙烷、丙酮、乙酸乙酯、无水乙醇，其添加量为基体材料用量的50-100％；
步骤2，将所需比例的微胶囊复合相变材料和抗紫外线纳米颗粒加入步骤1的混合溶液中，搅拌分散均匀；
步骤3，将步骤2的混合溶液转移到模具中，涂敷均匀；
步骤4，将模具转移到真空烘箱中，室温条件下，连续抽真空6-10h，使溶剂完全挥发，并脱去气泡；
步骤5，升温至80-150℃，恒温固化成形；
步骤6，取出模具，室温自然冷却，脱模即得相变控温防晒薄膜；
相变控温防晒薄膜由基体材料、微胶囊复合相变材料、抗紫外线材料、塑料助剂复合而成；
其中，各组分的质量范围为基体材料35～38wt.％，微胶囊复合相变材料5～8wt.％，抗紫外线材料5～6wt.％，塑料助剂48～55wt.％。
3.根据权利要求1或2所述的相变控温防晒薄膜的制备方法，其特征在于：上述基体材料为PE、PET或PVC。
4.根据权利要求1或2所述的相变控温防晒薄膜的制备方法，其特征在于：上述微胶囊复合相变材料的熔融和结晶温度在18～40℃之间，熔融焓和结晶焓大于100J/g。
5.根据权利要求1或2所述的相变控温防晒薄膜的制备方法，其特征在于：
所述微胶囊复合相变材料为以熔融温度为18-40℃，结晶温度为10-40℃，熔融焓和结晶焓大于150J/g的相变材料为芯材，为：正十六烷、正十八烷、正二十烷，硬脂酸，棕榈酸，月桂酸，正十四醇，正十六醇，Na2SO4·10H2O，CaCl2·6H2O，Na2HPO4·12H2O，Na2CO3·10H2O中的一种或二种以上；以苯乙烯、三聚氰胺-甲醛共聚物，聚氨酯，聚脲，聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或二种以上为微胶囊壁材的微胶囊复合相变材料。
6.根据权利要求1或2所述的相变控温防晒薄膜的制备方法，其特征在于：上述抗紫外线材料为氧化锌、二氧化钛、银或氧化铝纳米颗粒中的一种或二种以上。
7.根据权利要求1或2所述的相变控温防晒薄膜的制备方法，其特征在于：上述塑料助剂为增塑剂、稳定剂、发泡剂；其中，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂DOP、邻苯二甲酸二丁酯DBP、邻苯二甲酸二异辛酯DINP中的一种或二种以上，添加量为基体材料用量的50-100％；稳定剂为有机锡稳定剂、钙锌稳定剂、钾锌稳定剂、硬脂酸钙、硬脂酸钡中的一种或二种以上，添加量为基体材料用量的0.5-1％；发泡剂为AC发泡剂、DDL发泡剂、AP发泡剂中的一种或二种以上，添加量为基体材料用量的1-5％。
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