CN104559119B - 一种能阻隔紫外线和近红外线的聚碳酸酯板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能阻隔紫外线和近红外线的聚碳酸酯板材，其原料包含铯钨青铜、可选的氧化锡锑、紫外吸收剂、稳定剂及聚碳酸酯树脂。本发明还提供了所述聚碳酸酯板材的制备方法。本发明提供的PC板材紫外线阻隔率大于99.5％，可见光的透过率为60～85％、近红外线阻隔率可达85～99％，具有隔绝有害紫外线、高透光性、高耐候性、高效隔热等特性。本发明的PC板材制备工艺简便、成本低，可广泛应用于建筑幕墙、门窗、天顶及汽车、火车、游艇天窗等，还可长期用于户外，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及聚碳酸酯材料领域，具体涉及一种能阻隔紫外线和近红外线的聚碳酸酯板材及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)树脂是一种性能优良的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击能力，耐蠕变和尺寸稳定性好，耐热，吸水率低，无毒，介电性能优良，是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的产品，可广泛用于园林、游艺场所奇异装饰及休息场所的廊亭；现代城市楼房的幕墙和门窗；航空透明集装箱、摩托车前风挡、飞机、火车、轮船、汽车、汽艇、潜艇视窗；电话亭、广告路牌、灯箱广告、展示展览的布置；高低压开关柜面板、LED屏板及军事工业；农业温室及养殖大棚；现代生态餐厅顶棚；办公楼、百货大楼、宾馆、别墅、学校、医院、体育场馆、娱乐中心及公用设施的采光顶棚等。
但是，PC本身的透光性强，隔热效果不理想。现有的PC板材多为成型后涂覆防紫外线涂层，制造工艺较为复杂。中国专利CN 201010238295公布了通过添加氧化锡锑(ATO)纳米红外功能粒子制备PC阳光板专用母料，缺点是ATO对阻隔长波近红外线(1500～2500nm)有好的效果，对人体热敏感的短波近红外线(780～1400nm)阻隔效果较差。此外，ATO对紫外线的阻隔效果也不佳。因此，在具有可见光透过率高的基础上，制备具有近红外全波段阻隔作用，又同时具有阻隔紫外线功能和高耐候性的PC成为一个亟待解决的重要课题。
发明内容
为克服现有PC板材存在的紫外线、近红外线阻隔效果差、隔热性和耐候性不佳等缺陷，本发明的一个目的是提供PC板材，其能有效阻隔紫外线和近红外线，且具备良好的隔热性和耐候性。
本发明的另一目的是提供所述PC板材的制备方法。
本发明提供的聚碳酸酯板材按质量百分比包含以下原料：
优选地，所述聚碳酸酯板材按质量百分比包含以下原料：
上述PC板材中，所述铯钨青铜可表示为CsXWO3，其中x＝0.1～0.5。
上述PC板材中，所述铯钨青铜为纳米级颗粒，其粒径优选为5～500nm；更优选为20～60nm。
上述PC板材中，所述氧化锡锑为纳米级颗粒，其粒径优选为5～500nm；更优选为20～60nm。
上述PC板材中，所述紫外吸收剂可以选自PC材料领域使用的任意种类紫外吸收剂，包括但不限于2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑的一种或多种。
上述PC板材中，所述稳定剂可以选自PC材料领域使用的任意种类稳定剂，包括但不限于4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、4,4'-硫代双(6-叔丁基间甲酚)、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的一种或多种。
上述PC板材中，所述聚碳酸酯树脂可以选自PC材料领域使用的任意种类PC树脂，包括但不限于熔融指数为8～10g/10min(ISO1133标准)的PC树脂。
本发明提供的PC板材的制备方法为：首先将各个原料混合均匀，然后通过挤出成型制得所述聚碳酸酯板材。
上述PC板材的制备方法中，可以采用PC材料领域的常规挤出成型工艺。
优选地，上述PC板材的制备过程可以为：首先将各个原料混合均匀得到混合物料，然后将所述混合物料通过真空送料机输送到真空排气性单螺杆挤出机喂料器中，喂料器带有螺带式搅拌器，混拌均匀物料通过喂料器进入单螺杆挤出机中。其中，螺杆挤出机的长径比为38:1，加工温度为：一区275-295度，二—四区温度195-235度，五—六区温度260-265度，模头温度260-265度，经过混炼，排气，流延，冷却定型，制备出PC板材。
上述PC板材的制备方法中，所述聚碳酸酯板材的厚度可以为2～16mm。
本发明提供的PC板材中，添加了纳米级的铯钨青铜粒子，铯钨青铜纳米粒子具有强烈的短波近红外线(780～1400nm)吸收性能，通过金属掺杂，还可以进一步提高红外屏蔽性能，添加至PC制品中不会影响PC制品的透明度，铯钨青铜粒子配合添加紫外吸收剂、稳定剂后，所得PC板材的紫外线、近红外线阻隔率能大大增强。本发明提供的PC板材中还可同时添加氧化锡锑(ATO)纳米粒子，ATO是一种功能材料，对长波近红外线(1500～2500nm)阻隔效果较好，透明性高，本发明人发现，当氧化锡锑和ATO同时使用时，二者可产生协同增效作用，对于近红外线的总体阻隔率能明显增加。
本发明提供的PC板材具有如下的优点和效果：
(1)本发明的PC板材紫外线阻隔率大于99.5％，可见光的透过率为60～85％、近红外线阻隔率可达85～99％，具有隔绝有害紫外线、高透光性、高耐候性、高效隔热特性，特别是对人体产生赤热的780～1400nm波段的近红外线的阻隔性极好。
(2)本发明的PC板材中，仅需添加极少量的铯钨青铜、氧化锡锑即可实现高效的阻隔作用，而且还可以通过调节添加剂的添加量方便地调整PC板材的阻隔特性，由此能得到多种性能类型的板材，扩大了PC板材的种类和应用领域。
(3)本发明的PC板材将各种添加剂与PC树脂混合成型即可，无需额外在PC板材外增加涂层，制备工艺简便，成本较低。
(4)本发明的PC板材由于优异的特性，可广泛应用于建筑幕墙、门窗、天顶及汽车、火车、游艇天窗等，还可长期用于户外，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
以下内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
以下实施例中，铯钨青铜示例性选择为Cs0.3WO3，紫外吸收剂示例性选择为UV-326，PC树脂示例性选择为PC3113型号，稳定剂示例性选择为168光稳定剂，但本发明并不限于此。
实施例1-32mmPC板材的制备
PC板材的原料如表1所示(单位为重量份)。
表1
| 成分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 铯钨青铜 | 0.5 | 0.97 | 4 | 0 | 0 |
| 氧化锡锑 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4 |
| 紫外吸收剂 | 0.075 | 0.1455 | 0.6 | 0 | 0 |
| 稳定剂 | 0.1 | 0.3 | 3 | 0 | 0 |
| PC树脂 | 99.425 | 98.5845 | 92.4 | 100 | 96 |
制备过程如下：
(1)按表1所示的用量将各个原料进行混合通过高速混合机搅拌15分钟，充分混匀。
(2)将步骤(1)得到的混拌均匀的物料通过真空送料机输送到真空排气性单螺杆挤出机的喂料器中，螺杆喂料器带有螺带式搅拌器，混拌均匀的物料通过喂料器进入螺杆挤出机中，其中，螺杆挤出机的长径比为38:1，加工温度为：一区275-295度，二—四区温度195-235度，五—六区温度260-265度，模头温度260-265度，经过混炼，排气，流延，冷却定型，制备出2mm厚度的PC板材。
把实施例1～3和对比例1、2制得的PC板材分别剪取10cm×10cm和40cm×40cm的面积，取10cm×10cm的PC板材放置于林上光学检测仪上测定紫外线透过率、可见光透过率及近红外线透过率；取40cm×40cm的PC板材放置于30cm×30cm×40cm的隔热箱的敞口上，该隔热箱的结构是4个侧面为泡沫塑料层，底部中空，空气可流动。在箱子中放置温度计测量箱里的温度，把制作好的箱子放置于150W的红外灯下照射40分钟，测试箱内空气温度。上述按照实施例1～3和对比例1、2配比制作的PC板材的光学性能和隔热性能的测试结果见表2。
表2
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 颜色 | 淡蓝 | 淡蓝 | 蓝色 | 无色 | 蓝色 |
| 紫外透过率 | 0.04％ | 0.01％ | 0.00％ | 70％ | 30％ |
| 红外透过率 | 20％ | 8％ | 1％ | 90％ | 40％ |
| 可见光透过率 | 87％ | 85％ | 60％ | 89％ | 80％ |
| 温度，℃ | 29.6 | 25.1 | 21.0 | 31.4 | 30.2 |
实施例4-610mmPC板材的制备
PC板材的原料如表3所示(单位为重量份)。
表3
| 成分 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 对比例3 |
| 铯钨青铜 | 0.25 | 0.4 | 2 | 0 |
| 氧化锡锑 | 0.25 | 0.4 | 2 | 0 |
| 紫外吸收剂 | 0.075 | 0.12 | 0.6 | 0 |
| 稳定剂 | 0.1 | 0.5 | 3 | 0 |
| PC树脂 | 99.425 | 98.58 | 92.4 | 100 |
按照实施例1-3所述制备过程制造PC板材。PC板材的光学性能和隔热性能的测试结果见表4。
表4
| 项目 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 对比例3 |
| 颜色 | 淡蓝 | 淡蓝 | 蓝色 | 无色 |
| 紫外透过率 | 0.01％ | 0.01％ | 0.00％ | 70％ |
| 红外透过率 | 8％ | 5％ | 0.4％ | 90％ |
| 可见光透过率 | 86％ | 83％ | 55％ | 88％ |
| 温度，℃ | 26.5 | 24 | 21.0 | 32 |
实施例7-916mmPC板材的制备
PC板材的原料如表5所示(单位为重量份)。
表5
| 成分 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 对比例4 |
| 铯钨青铜 | 0.2 | 0.26 | 1.6 | 0 |
| 氧化锡锑 | 0.2 | 0.26 | 1.6 | 0 |
| 紫外吸收剂 | 0.075 | 0.0975 | 0.6 | 0 |
| 稳定剂 | 0.1 | 0.5 | 3 | 0 |
| PC树脂 | 99.525 | 98.8825 | 93.2 | 100 |
按照实施例1-3所述制备过程制造PC板材。PC板材的光学性能和隔热性能的测试结果见表6。
表6
| 项目 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 对比例4 |
| 颜色 | 蓝色 | 蓝色 | 蓝色 | 无色 |
| 紫外透过率 | 0.00％ | 0.00％ | 0.00％ | 70％ |
| 红外透过率 | 6％ | 3％ | 0.2％ | 90％ |
| 可见光透过率 | 85％ | 80％ | 50％ | 87％ |
| 温度，℃ | 23.8 | 21.1 | 20.7 | 35 |
从上述实施例1-9与对比例1-4的性能测试数据中，可以分析得出：
(1)由光透过率测试可知，实施例的PC板材对近红外线(780～2500nm)和紫外线(200～390nm)的阻隔性都显著增加，透光率虽略有下降，但是不影响光的通透性，还可根据需要通过调整铯钨青铜、氧化锡锑的添加量来调整板材的光学性能。
(2)由隔热测试可知，实施例的PC板材可明显阻隔热量的透过，隔热效果明显增强。
(3)由实施例可知，在同样的添加量基础上，同时添加了铯钨青铜和ATO的PC板材中，铯钨青铜、和ATO产生了协同增效作用，近红外线的总体阻隔率增强明显。
综上所述，本发明的PC板材对紫外线和近红外线有着强烈的吸收和反射作用，阻隔性好，可作为一种新型的PC板材。本发明的PC板材可直接使用或与玻璃组合，应用于建筑幕墙、门窗、天顶及汽车风挡、高铁车窗等，具有广阔的应用前景。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种能阻隔紫外线和近红外线的聚碳酸酯板材，其特征在于，按质量百分比包含以下原料：
铯钨青铜：0.1-5%；
氧化锡锑：0.1-5%；
紫外吸收剂：0.05-1.0%；
稳定剂：0.1-3%；
聚碳酸酯树脂：余量；
所述紫外吸收剂选自2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯板材，其特征在于，所述铯钨青铜表示为CsXWO3，其中x＝0.1～0.5。
3.根据权利要求2所述的聚碳酸酯板材，其特征在于，所述铯钨青铜的粒径为5～500nm。
4.根据权利要求3所述的聚碳酸酯板材，其特征在于，所述铯钨青铜的粒径为20～60nm。
5.根据权利要求1至4任一项所述的聚碳酸酯板材，其特征在于，所述氧化锡锑的粒径为5～500nm。
6.根据权利要求5所述的聚碳酸酯板材，其特征在于，所述氧化锡锑的粒径为20～60nm。
7.根据权利要求1至4、6任一项所述的聚碳酸酯板材，其特征在于，所述稳定剂选自4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、4,4'-硫代双(6-叔丁基间甲酚)、 亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的一种或多种。
8.根据权利要求1至4、6任一项所述的聚碳酸酯板材，其特征在于，所述聚碳酸酯树脂的熔融指数为8～10g/10min。
9.根据权利要求7所述的聚碳酸酯板材，其特征在于，所述聚碳酸酯树脂的熔融指数为8～10g/10min。
10.权利要求1-9任一项所述聚碳酸酯板材的制备方法，其特征在于，将各个原料混合均匀，通过挤出成型制得所述聚碳酸酯板材。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述聚碳酸酯板材的厚度为2～16mm。
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