CN104275889B - 高性能纳米复合隔热膜及其制备方法 - Google Patents

高性能纳米复合隔热膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能纳米复合隔热膜，由耐磨层、第一PET层、磁控溅射层、纳米隔热层、第二PET层、安装层和离型层依次排列构成。耐磨层由紫外光固化涂料经涂布固化后形成；第一PET层进行磁控溅射后，涂布纳米隔热胶，然后与第二PET层复合；纳米隔热层由纳米隔热胶经涂布干燥后形成；安装层由安装胶经涂布干燥后形成；离型层为进行过表面处理化的聚酯薄膜。本发明制备的复合隔热膜光学性能优异，可见光透过率大于55%，紫外线阻隔率大于99%，红外线阻隔率大于90%；具有良好的机械性能，坚固耐潮，耐划伤，耐高低温；安装时操作简单，在玻璃上粘接牢固。本发明同时公开了该高性能纳米复合隔热膜的制备方法。

Description

高性能纳米复合隔热膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能纳米复合隔热膜，特别是一种基于纳米磁控溅射膜/纳米三氧化钨的双层PET隔热复合膜；此外，本发明还公开了前述高性能纳米复合隔热膜的制备方法。
背景技术
隔热膜又称“太阳膜”，起源于上世纪70年代。隔热膜以其优良的隔热性，低导热、高透过、保温性能正广泛的被大众认可，受到人们的青睐。
隔热膜的发展共经历了5代。第1代是涂布与复合工艺膜，也叫茶纸，仅能遮盖太阳光，不起隔热作用；第2代是“染色膜”以深层染色工艺，加上吸热剂达到隔热作用；第3代是真空热蒸镀膜，将金属蒸镀于薄膜上达到隔热效果，但清晰度不够，反光严重，易造成光污染；第4代是磁控溅射膜，将金、银、镍、钛等合金溅射到基材上，红外反射率高，但涂层较厚，且会屏蔽GPS信号，易于氧化而影响外观；第5代是陶瓷膜，将ITO、ATO等涂布于薄膜材料上，隔热效果好，且不发生氧化反应。三氧化钨也是一种陶瓷材料。蓝色纳米三氧化钨是经过高温烧结，杂化萃取等技术合成的一类物质，它是一类最新型的纳米陶瓷隔热材料，特别是在波长为800-1000nm的近红外线区域和380nm以下的紫外光区域反射与吸收作用明显，其具体制备流程如下：将三氧化钨与多种氧化物掺杂后共混分散，煅烧后粉碎，使用气流分散机进行超细加工从而制备蓝色纳米三氧化钨粉。
在已公开专利中，人们发明了多种纳米复合隔热膜。中国专利CN102774111A公布了一种双层PET结构隔热膜，通过蒸发镀膜制备了以金、银、镍、钛合金为隔热介质的隔热层，制备的隔热膜体系具有良好的隔热性能，拥有良好的金属质感，但金属膜易于氧化，屏蔽电磁信号。中国专利CN202378344U公布了一种节能玻璃，将纳米三氧化钨或者纳米ATO作为隔热介质涂布在玻璃上，然后在隔热介质层涂上含有紫外吸收剂的亚克力树脂层，制备成可以粘接到其它玻璃上的节能玻璃。该方法制备的隔热膜具有良好的隔热性能，但是纳米陶瓷隔热膜能够吸收红外线，因此会发生二次辐射，降低隔热性能。
单层磁控溅射膜的隔热率偏低，为了提高磁控溅射膜的隔热率通常需要进行多层磁控溅射，导致生产成本增加。磁控溅射膜为金属膜，能够发生镜面反射，多层磁控溅射膜的可见光透过率较低。为了使磁控溅射膜同时具有较高的隔热率与可见光透过率，在复合了磁控溅射隔热膜与纳米陶瓷隔热膜优点的基础上，本发明提供了一种高性能纳米复合隔热膜。
发明内容
针对现有技术的上述不足，根据本发明实施例，希望提供一种同时具有纳米陶瓷与金属反射隔热介质的优点，具有抗紫外和隔热双重功效，极大提高了环境舒适度的高性能纳米复合隔热膜；并提出该高性能纳米复合隔热膜的制备方法。
根据实施例，本发明提供的高性能纳米复合隔热膜，由耐磨层、第一PET层、磁控溅射层、纳米隔热层、第二PET层、安装层和离型层依次排列构成，其中：
耐磨层厚度3-10um，由紫外光固化涂料经涂布干燥固化后形成；
两个PET层厚度均为20-25um，且都进行过电晕处理，第一PET层进行磁控溅射后形成厚度2-7nm的磁控溅射层，在磁控溅射层上涂布纳米三氧化钨隔热胶，经过干燥固化后形成厚度4-10um的纳米隔热层，第一PET层与第二PET层通过纳米隔热层进行复合；
安装层厚度为3-10um，由紫外光吸收剂和聚丙烯酸酯树脂组成的安装胶经涂布干燥固化后形成；
离型层为进行过表面低能化处理的聚酯薄膜，厚度为20-25um。
根据实施例，本发明前述高性能纳米复合隔热膜中，纳米三氧化钨隔热胶由纳米三氧化钨浆料、聚丙烯酸酯树酯、紫外光吸收剂和有机溶剂组成；三氧化钨浆料在纳米三氧化钨隔热胶中的质量百分比为20-50%，三氧化钨浆料中纳米三氧化钨颗粒尺寸为30-40nm，三氧化钨在浆料中的质量百分比为1-10%；聚丙烯酸酯树酯的固含量为40%，在纳米三氧化钨隔热胶中的质量百分比为20-40%；紫外光吸收剂为UV-9、UV-327、UV-531中的一种或任意两种混合，在纳米三氧化钨隔热胶中的质量百分比为0.1-4%；有机溶剂为乙酸乙酯、甲苯和乙酸丁酯中的一种或任意两者混合，在纳米三氧化钨隔热胶中的质量百分比为20-50%。
根据实施例，本发明前述高性能纳米复合隔热膜中，安装胶由聚丙烯酸酯树脂与紫外光吸收剂组成；聚丙烯酸酯树脂的固含量为40%，在安装胶中的质量百分比为96.0-99.9%；紫外光吸收剂为UV-9、UV-327、UV-531中的一种或者任意两种混合，在安装胶中的质量百分比0.1-4%。
根据实施例，本发明前述高性能纳米复合隔热膜中，紫外光固化涂料由有机硅丙烯酸酯低聚体、丙烯酸活性稀释剂、光引发剂和流平剂组成；有机硅丙烯酸酯低聚体为长兴6225、优西比EB1360、优西比EB350中的一种或者任意两种混合，在紫外光固化涂料中的质量百分比为40-60%；丙烯酸活性稀释剂为乙氧基乙氧基丙烯酸乙酯（EOEOEA）、甲基丙烯酸四氢呋喃酯（THFFA)、1,6-己二醇丙烯酸酯（HDDA)中的一种或者任意两种混合，在紫外光固化涂料中的质量百分比为40-60%；光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮（HMPP）、α,α-二乙氧基苯乙酮（DEAP）、2,4,6-三甲基苯甲酰基乙氧基苯基氧化膦（TEPO）中的一种或者任意两种混合，在紫外光固化涂料中的质量百分比为3-7%；流平剂为德国拜尔生产的BYK307、BYK323、BYK361中的一种或者任意两种混合，在紫外光固化涂料中的质量百分比为0.2-1%。
根据实施例，本发明所述高性能纳米复合隔热膜的制备方法，包括如下步骤：
1）对第一PET层的电晕面进行金属合金磁控溅射，形成厚度3-8nm的金属反射层；
2）将纳米三氧化钨粉体、分散溶剂、分散助剂、球磨介质混合，在高能球磨机中球磨0.5-1h制备三氧化钨浆料；本发明中，制备纳米三氧化钨浆料所用的分散溶剂、分散助剂和球磨介质均系本领域常见的市售产品。
3）将三氧化钨浆料加入到有机溶剂中，搅拌分散15-25min，加入聚丙烯酸酯树脂与紫外光吸收剂，搅拌分散0.5-1.5h，使用1500目滤膜泵过滤制备三氧化钨隔热胶；
4）将上述纳米三氧化钨隔热胶涂布到磁控溅射形成的金属反射层，经100-140℃干燥固化后形成纳米隔热层，将其与第二PET层的未电晕面复合，静置10-14h；
5）将紫外光吸收剂加到聚丙烯酸酯树脂中，搅拌15-25min形成安装胶；
6）将安装胶涂布在第二PET层的电晕面，经100-140℃干燥固化后形成安装层，将其与离型层复合，静置10-14h；
7)将丙烯酸活性稀释剂、流平剂、聚硅氧烷丙烯酸酯、光引发剂混合，搅拌1-2h小时制备紫外光固化涂料；
8）将紫外光固化涂料涂布到第一PET层的未电晕面形成耐磨层。
与现有技术相比，本发明具有下面的改进效果：使用了新型隔热介质蓝色纳米三氧化钨，纳米三氧化钨在人比较敏感的近红外区域的阻隔率为95%，而纳米ATO、ITO等在近红外区的阻隔率仅为70%，因此三氧化钨隔热介质能提高环境舒适度，能够节约能源20%-30%；克服了磁控溅射膜在高隔热性能条件下透射率较低的缺点，复合膜的红外阻隔率大于90%时可见光透过率大于55%，优于市售磁控溅射金属膜的光学参数；纳米三氧化钨隔热介质能吸收红外线，引起隔热膜温度升高而产生二次辐射，通过在隔热膜中增加溅射金属反射层可以减弱二次辐射并提高隔热膜的工作效率。
附图说明图1为根据本发明实施例的高性能纳米复合隔热膜的结构示意图。
图2为根据本发明实施例的纳米三氧化钨浆料中三氧化钨颗粒的SEM照片。
图3是按照JG/T235-2008自制隔热温差测试装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
实施例1
1）对第一PET层的电晕面进行金属铬真空磁控溅射，形成厚度6nm的磁控溅射层；
2）将4.5kg蓝色纳米三氧化钨粉体、15kg分散溶剂MIBK、700g平平加、650gPVP，120kg直径小于2mm钢球混合，在高能球磨机中球磨1h制备三氧化钨浆料；
3）将16kg三氧化钨浆料加入到20kg乙酸乙酯中，搅拌分散20min，加入20kg聚丙烯酸酯树脂PS-60、450g紫外光吸收剂UV-327，搅拌分散1h，使用1500目滤膜泵过滤制备三氧化钨隔热胶；
4）将上述三氧化钨隔热胶滚涂到纳米铬磁控溅射层，在120℃干燥后形成的厚度6um的隔热层，使用覆膜机将其与第二PET层的未电晕面复合后静置12h；
5）将80g紫外光吸收剂UV-531加到10kg聚丙烯酸酯树脂PS-60中，搅拌均匀形成安装胶；
6）将安装胶涂布在第二PET层的电晕面，在120℃干燥形成厚度4um的安装层，使用覆膜机将其与聚酯离型层复合后静置12h；
7)取2kg活性稀释剂EOEOEA、1.2kg活性稀释剂THFFA、8g流平剂BYK307、4.5kg有机硅丙烯酸酯低聚体长兴6225、392g光引发剂DEAP混合均匀，搅拌1.5h后形成紫外光固化涂料；
8）将7kg紫外光固化涂料涂布到第一PET层的未电晕面，光固化后形成厚度4um的耐磨层。附图1为本实施例制得的高性能纳米复合隔热膜的结构示意图，附图2为本实施例制得的纳米三氧化钨浆料中三氧化钨颗粒的SEM照片。
经红外透过率测定仪器测试，本实施例制得的复合膜的红外线阻隔率95%，可见光透过率56%，紫外阻隔率99%，总隔热率为69%。
另外，按照JG/T235-2008自制隔热温差测试装置，如附图3所示，将本实施例制得的隔热膜粘贴在300×300玻璃上并安装在测温箱的开口端，使用位于其正前方30cm的250w红外灯照射20min，测试结果表明本实施例制得的复合隔热膜表面温度比三氧化钨对照膜低2.5℃而减弱二次辐射，隔热箱中间部位的温度比三氧化钨对照膜低1.3℃。三氧化钨对照膜除不具有磁控溅射层外，其它的制备方法均与本实施例相同。
实施例2
1）对第一PET层的电晕面进行金属镍真空磁控溅射，形成厚度6nm的磁控溅射层；
2）将3.0kg蓝色纳米三氧化钨粉体、10kg分散溶剂MIBK、480g平平加、650gPVP，80kg直径小于2mm钢球混合，在高能球磨机中球磨1h制备三氧化钨浆料；
3）将10.5kg三氧化钨浆料加入到16.5kg甲苯中，搅拌分散20min，加入13kg聚丙烯酸酯树脂PS-60与400g紫外光吸收剂UV-531，搅拌分散1h，使用1500目滤膜泵过滤制备三氧化钨隔热胶；
4）将上述纳米三氧化钨隔热胶滚涂到纳米镍磁控溅射层，在120℃干燥后形成厚度6um的纳米隔热层，使用覆膜机将其与第二PET层的未电晕面复合后静置12h；
5）将90g紫外光吸收剂UV-9加到9kg聚丙烯酸酯树脂PS-60中，搅拌均匀后形成安装胶；
6）将安装胶涂布在第二PET层的电晕面，在120℃干燥后形成厚度5um的安装层，使用覆膜机将其与聚酯离型层复合后静置12h；
7）取3.5kg有机硅丙烯酸酯低聚体优西比EB1360、2.5kg活性稀释剂EOEOEA、1.7kg活性稀释剂HDDA、392g光引发剂HMPP和8g流平剂BYK323混合均匀，搅拌2h制备紫外光固化涂料；
8）将7kg紫外光固化涂料涂布到第一PET层的未电晕面，光固化后形成厚度5um的耐磨层。图1为本实施例制得的高性能纳米复合隔热膜的结构示意图。
经红外透过率测定仪器测试，本实施例制得的复合膜红外线阻隔率92%，可见光透过率58%，紫外阻隔率99%，总隔热率为66%，可见光透过率高于单一磁控溅射膜。
另外，按照JG/T235-2008自制隔热温差测试装置，如附图3所示，将本实施例制得的隔热膜粘贴在300×300玻璃上并安装在测温箱的开口端，使用位于其正前方30cm的250w红外灯照射20min，测试结果表明本实施例制得的复合隔热膜表面温度比三氧化钨对照膜低2.4℃而减弱二次辐射，隔热箱中间部位的温度比三氧化钨对照膜低1.3℃。三氧化钨对照膜除不具有磁控溅射层外，其它的制备方法均与本实施例相同。
实施例3
1）对第一PET层的电晕面进行金属铬真空磁控溅射，形成厚度7um的磁控溅层；
2）将1g纳米三氧化钨粉体、3gMIBK、160mgPVP、120mgSDS、3.5g直径小于2mm钢球混合，在高能球磨机中球磨分散0.5-1h制备三氧化钨浆料；
3）将3g三氧化钨浆料加入到4.2g甲苯中，磁力搅拌10min，加入3g聚丙烯酸树脂PS-60与110mg紫外光吸收剂UV-9，磁力搅拌30min，使用研钵研磨2min制备三氧化钨隔热胶；
4）使用薄膜涂布器将上述纳米三氧化钨隔热胶涂在纳米铬磁控溅射层，在烘箱中120℃干燥30s后形成厚度5um的隔热层，使用刮板将其与第二PET层的未电晕面复合；
5）将30mg紫外光吸收剂UV-327加到3g聚丙烯酸酯树脂PS-60中，搅拌均匀形成安装胶；
6）使用薄膜涂布器将上述安装胶涂布在第二PET层的电晕面，在烘箱中120℃干燥30s后形成厚度4um的安装层，使用刮板将其与离型层复合，；
7）取3.0g有机硅丙烯酸酯低聚体优西比EB1360、2.8g活性稀释剂THFFA、1.9g活性稀释剂HDDA、392mg光引发剂TEPO和8mg流平剂BYK323混合均匀，搅拌0.5h制备紫外光固化涂料；
8）使用薄膜涂布器将4g紫外光固化涂料滚涂第一PET层的未电晕面，光固化后形成厚度4um的耐磨层。图1为本实施例制得的高性能纳米复合隔热膜的结构示意图。
经红外透过率测定仪器测试，本实施例制得的复合膜的红外线阻隔率94%，可见光透过率55%，紫外阻隔率99%，总隔热率为69%，可见光透过率高于具有相同热阻隔率的单一磁控溅射膜。
另外，按照JG/T235-2008自制隔热温差测试装置，如附图3所示，将本实施例制得的隔热膜粘贴在300×300玻璃上并安装在测温箱的开口端，并挡住测温箱的开口端使用位于其正前方30cm的250w红外灯照射20min，测试结果表明，本实施例制得的复合隔热膜表面温度比三氧化钨对照膜低2.1℃而减弱二次辐射，隔热箱中间部位的温度比三氧化钨对照膜低1.1℃。三氧化钨对照膜除不具有磁控溅射层外，其它的制备方法均与本实施例相同。
实施例4
1）对第一PET层的电晕面进行金属镍真空磁控溅射，形成厚度6nm的磁控溅射层；
2）将2g纳米三氧化钨粉体、6gMIBK、320mgPVP、240mgSDS、7.0g直径小于2mm钢球混合，在高能球磨机中球磨分散0.5-1h制备三氧化钨浆料；
3）将5.5g三氧化钨浆料加入到9g乙酸丁酯中，磁力搅拌10min，加入8g聚丙烯酸树脂PS-60与mg紫外光吸收剂UV-327，磁力搅拌30min，使用研钵研磨1min制备三氧化钨隔热胶；
4）使用薄膜涂布器将上述纳米三氧化钨隔热胶涂在纳米镍磁控溅射层，在烘箱中120℃干燥30s后形成厚度5um的隔热层，使用刮板将其与第二PET层的未电晕面复合；
5）将60mg紫外光吸收剂UV-9加到6g聚丙烯酸酯树脂PS-60中，搅拌均匀形成安装胶；
6）使用薄膜涂布器将上述安装胶涂布在第二PET层的电晕面，在烘箱中120℃干燥30s后形成厚度5um的安装层，使用刮板将其与离型层复合；
7）取3.2g有机硅丙烯酸酯低聚体优西比EB350、2.7g活性稀释剂THFFA、1.8g活性稀释剂EOEOEA、392mg光引发剂TEPO和8mg流平剂BYK323混合均匀，搅拌0.5h制备紫外光固化涂料；
8）使用薄膜涂布器将5g紫外光固化涂料滚涂第一PET层的未电晕面形成厚度4um的耐磨层。图1为本实施例制得的高性能纳米复合隔热膜的结构示意图。
另外，经红外透过率测定仪器测试，本实施例制得的复合膜的红外线阻隔率95%，可见光透过率57%，紫外阻隔率99%，总隔热率为68%，可见光透过率高于单一的磁控溅射膜。
按照JG/T235-2008自制隔热温差测试装置，如附图3所示，将本实施例制得的隔热膜粘贴在300×300玻璃上并安装在测温箱的开口端，使用位于其正前方30cm的250w红外灯照射20min，测试结果表明，本实施例制得的复合隔热膜表面温度比三氧化钨对照膜低2.5℃而减弱二次辐射，隔热箱中间部位的温度比三氧化钨对照膜低1.3℃。三氧化钨对照膜除不具有磁控溅射层外，其它的制备方法均与本实施例相同。

Claims (4)

1.一种高性能纳米复合隔热膜，其特征在于，由耐磨层、第一PET层、磁控溅射层、纳米隔热层、第二PET层、安装层和离型层依次排列构成，其中：
耐磨层厚度3-10μm，由紫外光固化涂料经涂布固化后形成；
两个PET厚度均为20-25μm，并且都进行过电晕处理，第一PET层通过磁控溅射形成厚度3-8nm的磁控溅射层，在磁控溅射层上涂布纳米三氧化钨隔热胶，经加热干燥固化后形成厚度4-10μm的纳米隔热层，第一PET层与第二PET层通过纳米隔热层进行复合；
安装层厚度为3-10μm，由聚丙烯酸酯树脂和紫外光吸收剂组成的安装胶经涂布干燥固化形成；
离型层采用进行过表面低能化处理的聚酯薄膜，厚度为20-25μm；
该高性能纳米复合隔热膜的制备方法由以下步骤组成：
1)对第一PET层的电晕面进行金属铬或镍真空磁控溅射，形成厚度3-8nm的金属反射层；
2)将纳米三氧化钨粉体、分散溶剂、分散助剂、球磨介质混合，在高能球磨机中研磨0.5-1h制备三氧化钨浆料；
3)将三氧化钨浆料加入到有机溶剂中搅拌15-25min，加入聚丙烯酸酯树脂与紫外光吸收剂，搅拌0.5-1.5h后使用1500目滤膜泵过滤形成隔热胶；
4)将隔热胶涂布到磁控溅射形成的金属反射层，在100-140℃干燥固化形成隔热层，将其与第二PET层的未电晕面复合，静置10-14h；
5)将紫外光吸收剂加入到聚丙烯酸酯树脂中，搅拌15-25min制备安装胶；
6)将安装胶涂布在第二PET层的电晕面，在100-140℃干燥固化形成安装层，将其与离型层复合，静置10-14h；
7)将丙烯酸活性稀释剂、流平剂、聚硅氧烷丙烯酸酯低聚体、光引发剂混合，搅拌1-2h小时制备紫外光固化涂料；
8)将紫外光固化涂料涂布到第一PET层的未电晕面经紫外光固化后形成耐磨层。
2.根据权利要求1所述的高性能纳米复合隔热膜，其特征在于，纳米三氧化钨隔热胶由纳米三氧化钨浆料、聚丙烯酸酯树酯、紫外光吸收剂和有机溶剂组成；纳米三氧化钨浆料在纳米三氧化钨隔热胶中的质量百分比为20-50％，三氧化钨浆料中纳米三氧化钨颗粒尺寸为30-40nm，三氧化钨在浆料中的质量百分比为10-30％；聚丙烯酸酯树酯的固含量为40％，在纳米三氧化钨隔热胶中的质量百分比为20-40％；紫外光吸收剂为UV-9、UV-327、UV-531中的一种或者任意两种混合，在纳米三氧化钨隔热胶中的质量百分比为0.1-4％；有机溶剂为乙酸乙酯、甲苯和乙酸丁酯中的一种或者任意两者混合，在纳米三氧化钨隔热胶中的质量百分比为20-50％。
3.根据权利要求1或2所述的高性能纳米复合隔热膜，其特征在于，安装胶由聚丙烯酸酯树脂与紫外光吸收剂组成；聚丙烯酸酯树脂的固含量为40％，其在安装胶中的质量百分比为96.0-99.9％；紫外光吸收剂为UV-9、UV-327、UV-531中的一种或者任意两种混合，在安装胶中的质量百分比0.1-4％。
4.根据权利要求3所述的高性能纳米复合隔热膜，其特征在于，紫外光固化涂料由有机硅丙烯酸酯低聚体、丙烯酸活性稀释剂、光引发剂和流平剂组成；有机硅丙烯酸酯低聚体为长兴6225、优西比EB1360、优西比EB350中的一种或者任意两种混合，在紫外光固化涂料中的质量百分比为40-60％；丙烯酸活性稀释剂为乙氧基乙氧基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸四氢呋喃酯、1,6-己二醇丙烯酸酯中的一种或者任意两种混合，在紫外光固化涂料中的质量百分比为30-50％；光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、α,α-二乙氧基苯乙酮，2,4,6-三甲基苯甲酰基乙氧基苯基氧化膦中的一种或者任意两种混合，在紫外光固化涂料中的质量百分比为3-7％；流平剂为德国拜尔生产的BYK307、BYK323、BYK361中的一种或者任意两种混合，在紫外光固化涂料中的质量百分比为0.2-1％。
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