CN105542405A - 一种隔热光学薄膜材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种隔热光学薄膜材料，采用6+1技术方案，包括基料、隔热剂、分散剂、荧光增白剂、抗老化剂；隔热剂按照粒径不同分为两个部分，一部分的粒径为1～100纳米，该部分的重量占隔热剂总量的55～85％；另一部分的粒径为101～600纳米。本发明将不同粒径的隔热剂按一定配比掺混到塑料配方中，利用不同颗粒大小的隔热剂在光学上所表现的不同性能，成功地制备了具有防红外线辐射隔热的光学防护材料。制成的光学薄膜产品具有在不改变塑料制品高透明性的同时，具有阻隔红外辐射的性能；且反射类隔热剂与吸收类隔热剂分别作用，均匀分散在PET基料中不产生镜面，有效避免了二次光污染，同时产品使用寿命长、无金属氧化、不产生氧化黑边、不褪色。

Description

一种隔热光学薄膜材料
技术领域
本发明涉及光学隔热材料技术领域，具体指一种隔热光学薄膜材料。
背景技术
温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度越高，辐射出的总能量就越大，短波成分也越多。太阳是地球表面热辐射的主要来源，我们所指的热辐射主要是波长较长的紫外线、可见光、红外线。紫外线所产生的热辐射具有灼热感，同时对人体具有严重的伤害性；可见光是人们生活所必须光线；红外线是一种波长长于可见光的看不见的光线，具有显著的热效应，红外线不单来自太阳光，还来自各种人造光源，例如：浴霸灯、电焊等，达到一定温度的发热体也会产生红外线辐射。过量的红外线照射对人产生不适。
另一方面，由于全球气温变化，红外热能辐射使空调等制冷设备的能源消耗大量增加，节能环保新材料成为人类的重点研发方向，人们研发和制造了多种阻隔红外线的技术产品。例如，人们通过在膜上镀金属材料，制成透明金属膜用来达到阻隔红外线的效果。但是，这种镀膜对可见光有强力的反射作用，会造成二次光污染；且该类透明金属膜的制造成本高，透明度也受到影响，限制了其市场应用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种制造成本低、透明度高且不会造成二次光污染的隔热光学薄膜材料。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种隔热光学薄膜材料，其特征在于按重量计包括以下组分：
其中，所述的基料为PET；
所述的隔热剂按照粒径不同分为两个部分，一部分的粒径为1～100纳米，该部分的重量占隔热剂总量的55～85％；另一部分的粒径为101～600纳米。
作为本发明的进一步改进，所述的隔热剂按照性能不同分为两个部分，一部分为反射类隔热剂，该部分的重量占隔热剂总重量的20～30％；另一部分为吸收类隔热剂。
再改进，所述隔热光学薄膜材料依次包括通过共挤双向拉伸工艺结合在一起的A层、B层、C层、C层、B层、A层及D层；所述的A层为PET与抗老化剂的混合物，所述的B层为PET与反射类隔热剂及分散剂的混合物，所述的C层为PET与吸收类隔热剂、分散剂及荧光增白剂的混合物，所述的D层为聚氨酯类涂层材料。聚氨酯类涂层材料可以为水性PU，主要用来减少PET生产过程中膜表面的粘度，提高隔热光学薄膜材料收卷的质量。
作为优选，所述A层的厚度为2～6μm，所述A层中PET与抗老化剂的重量比为1:0.029～0.087。所述B层的厚度为3～10μm，所述B层中PET与反射类隔热剂的重量比为1:0.00002～0.00005。所述C层的厚度为3～10μm，所述C层中PET与吸收类隔热剂的重量比为1:0.00005～0.00015。所述D层的厚度为0.01～1μm。采用上述结构，合理控制各层的厚度，能够提高制成品的热收缩稳定性。
优选地，所述的抗老化剂为紫外线吸收剂，所述的反射类隔热剂为纳米金属粉，所述的吸收类隔热剂为超细氧化物或炭黑。优选地，所述的纳米金属粉选自纳米银、纳米金、纳米白金、纳米铜等，所述的超细氧化物选自纳米氧化锡、纳米氧化锑、纳米氧化铟、纳米氧化钨、纳米氧化铝、纳米氧化锌等。
纳米金属粉具有红外反射性能，在B层添加这类纳米金属粉后，红外线辐射时，先在B层向外反射了部分红外线，另一部分进入C层；进入C层部分的红外线由通过添加超细氧化物或炭黑的吸收类隔热剂的C层吸收，从而使制成的产品达到对红外的高阻隔率。如果只采用两个C层，而不采用B层，C层吸收红外材料的缺陷是随着红外辐射时间的增长材料本身温度增加，长时间过量的红外辐射使C层红外吸收性能趋于饱和，由于隔热材料的散射效应，二者的阻隔红外结果易产生1+1<2的效果；本发明的B层材料具有反射红外特性，可以有效反射部分红外线，材料本身不会随红外辐射的时间增长而升高温度，从而与C层配合，实现对红外线的高阻隔率。
优选地，所述的分散剂选自低分子聚乙烯、EVA蜡、离聚物、硬脂酸盐、芥酸酰胺、EBS、白油、TAS-2A或石蜡，上述低分子聚乙烯优选为泰国SCGLP1020P、聚乙烯蜡、CH-3、泰国SCGWV2004P，离聚物优选为乙烯-甲基丙烯酸钠8920；所述的荧光增白剂选自双苯并噁唑类、二苯乙烯基苯类或二苯乙烯基联苯类荧光增白剂，优选为荧光增白剂OB、荧光增白剂OB-28、荧光增白剂OB-1、荧光增白剂OB-12、荧光增白剂KWN、荧光增白剂KCB、荧光增白剂KCB-2、荧光增白剂KSN。
优选地，所述的抗老化剂选自2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2′-羟基-3′,5′-二戊基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-特辛基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(十二烷基)-4-甲基苯酚、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑或醚醛。
作为本发明的继续优化，在母料切片制作过程中还可以添加1～3份的抗静电剂，如PET抗静电剂JWK-9526等，从而提高制成品的清晰度，也使成品表面不易吸附细微异物，确保成品能够达到高清晰、高透光、高隔热的效果。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供了一种6+1层结构的隔热光学薄膜材料，将不同粒径的隔热剂按一定配比掺混到塑料配方中，利用不同颗粒大小的隔热剂在光学上所表现的不同性能，成功地制备了具有防红外线辐射隔热的光学防护材料，使产品在不改变塑料制品高透明性的同时，具有阻隔红外辐射的性能；与现有技术中常用的PET表面镀铝、磁控金属等比较，本发明制备成本低，且不直接与空气、水气等接触，从而提高了产品防红外线辐射的稳定性及持久性，超细的隔热剂通过分散剂均匀分散在PET基料中，能够保持产品的高清晰度；本发明中反射类隔热剂与吸收类隔热剂分别作用，隔热剂均匀分散在PET基料中不产生镜面，所制备的成品不会产生可见光反射，有效避免了二次光污染。
附图说明
图1为本发明实施例中6+1层结构的光学薄膜材料的结构示意图；
图2为本发明实施例中3+1层结构的光学薄膜材料的结构示意图；
图3为本发明实施例中1+1层结构的光学薄膜材料的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明的隔热光学薄膜材料包括基料PET、隔热剂、分散剂，还可以包括荧光增白剂和/或抗老化剂。隔热剂按照粒径不同分为两个部分，一部分的粒径为1～100纳米，该部分的重量占隔热剂总量的55～85％；另一部分的粒径为101～600纳米。隔热剂按照性能不同分为两个部分，一部分为反射类隔热剂，该部分的重量占隔热剂总重量的20～30％；另一部分为吸收类隔热剂。
上述抗老化剂为紫外线吸收剂，反射类隔热剂为纳米金属粉，吸收类隔热剂为超细氧化物或炭黑。纳米金属粉选自纳米银(Ag)、纳米金(Au)、纳米白金(Pt)、纳米铜(Cu)等，超细氧化物选自纳米氧化锡(SnO2)、纳米氧化锑(Sb2O3)、纳米氧化铟(In2O3)、纳米氧化钨(WO3)、纳米氧化铝(AL2O3)、纳米氧化锌(ZnO)等。分散剂选自低分子聚乙烯、EVA蜡、离聚物、硬脂酸盐、芥酸酰胺、EBS、白油、TAS-2A或石蜡，上述低分子聚乙烯为泰国SCGLP1020P、聚乙烯蜡、CH-3或泰国SCGWV2004P，离聚物为乙烯-甲基丙烯酸钠8920；荧光增白剂选自双苯并噁唑类、二苯乙烯基苯类或二苯乙烯基联苯类荧光增白剂，优选荧光增白剂OB、荧光增白剂OB-28、荧光增白剂OB-1、荧光增白剂OB-12、荧光增白剂KWN、荧光增白剂KCB、荧光增白剂KCB-2、荧光增白剂KSN。抗老化剂选自选自2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2′-羟基-3′,5′-二戊基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-特辛基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(十二烷基)-4-甲基苯酚、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑或醚醛。
如图1所示，本发明中6+1层结构的隔热光学薄膜材料采用共挤双向拉伸工艺制备，具体制备方法为：
(1)配料与混合
A层材料的准备，PET基料切片与一定比例抗老化剂混合均匀，通过双螺杆挤出机加温挤出制造成A层材料母料切片；
B层材料的准备，PET基料切片与一定比例反射类隔热剂及分散剂混合均匀，通过双螺杆挤出机加温挤出制造成B层材料母料切片；
C层材料的准备，PET基料切片与一定比例吸收类隔热剂、分散剂及荧光增白剂的混合物混合均匀，通过双螺杆挤出机加温挤出制造成C层材料母料切片；
PET基料切片与一定比例的上述三种母料切片分别通过计量混合机进行各自混合后进人下道工序；
(2)结晶和干燥
采用带有结晶床的填充塔，使PET通过干燥设备，预结晶和干燥温度为150～170℃，干燥时间约3.5～4h，干燥后的PET切片含湿量要求控制在30～50ppm；
经过结晶和干燥处理后的PET切片进入挤出机进行加热熔融塑化并挤出，挤出机温度设定从加料口到机头约为210～280℃；
(3)铸片
PET采用衣架型6组模头，模头开度通过若干个带有加热线圈的推/拉式差动螺栓进行初调，并通过在线测厚仪的自动测厚、反馈给模头的加热螺栓进行模唇开度的微调，模头温度控制在275～280℃，从模头流出呈翻流态的PET熔体在匀速转动的急冷辊上被快速冷却至其玻璃化温度以下形成厚度均匀的玻璃态铸片；
(4)纵向拉仰：将来自铸片机的厚片在纵向拉伸机组中加热到高弹态下进行3.3～4倍数的纵向拉伸；
(5)纵向拉伸的薄膜通过预涂机进行D层的预涂层处理；
(6)横向拉伸：经过纵向拉伸及预涂层处理的薄膜在横拉机内分别通过预热、拉幅、热定型和冷却而完成薄膜的横向拉伸，横拉比为3.5～4倍；
(7)牵引收卷与分切：经过双向拉伸后的薄膜进行切边、测厚后便可进行收卷和分切，经检验合格后即得到成品。
如图1所示，实施例1～6为6+1层结构的隔热光学薄膜材料，配方如表1所示，表中同时列出了每个实施例制成品的可见光透过率、红外线透过率检测数据，检测仪器选用了深圳市林上科技有限公司的LS183光学透光率测量仪。
表1
如图2所示，对比例7～9为3+1层结构的隔热光学薄膜材料的配方，如表2所示，该材料通过单向制作法制备，该材料包括依次复合的A层、B层、C层及D层，其中，A层为PET与抗老化剂和/或荧光增白剂的混合物，B层为PET与反射类隔热剂和分散剂的混合物，C层为PET与吸收类隔热剂和分散剂的混合物，D层聚氨酯类涂层材料。
表2
如图3所示，对比例10～12为1+1层隔热光学薄膜材料的配方，如表3所示，该材料包括复合的A层及D层。其中，A层为PET与隔热剂和分散剂的混合物，D层聚氨酯类涂层材料。
表3
以上各实施例制成的成品厚度均为相同，对比表1、2、3的数据可以看出，当隔热光学薄膜材料层次结构、制备方法不同时，红外线透过率变化显著，采用6+1层结构及共挤双向拉伸工艺制备的隔热光学薄膜材料效果更佳。

Claims (10)

1.一种隔热光学薄膜材料，其特征在于按重量计包括以下组分：
其中，所述的基料为PET；
所述的隔热剂按照粒径不同分为两个部分，一部分的粒径为1～100纳米，该部分的重量占隔热剂总量的55～85％；另一部分的粒径为101～600纳米。
2.根据权利要求1所述的隔热光学薄膜材料，其特征在于：所述的隔热剂按照性能不同分为两个部分，一部分为反射类隔热剂，该部分的重量占隔热剂总重量的20～30％；另一部分为吸收类隔热剂。
3.根据权利要求2所述的隔热光学薄膜材料，其特征在于：依次包括通过共挤双向拉伸工艺结合在一起的A层、B层、C层、C层、B层、A层及D层，所述的A层为PET与抗老化剂的混合物，所述的B层为PET与反射类隔热剂及分散剂的混合物，所述的C层为PET与吸收类隔热剂、荧光增白剂及分散剂的混合物，所述的D层为聚氨酯类涂层材料。
4.根据权利要求3所述的隔热光学薄膜材料，其特征在于：所述A层的厚度为2～6μm，所述A层中PET与抗老化剂的重量比为1:0.029～0.087。
5.根据权利要求3所述的隔热光学薄膜材料，其特征在于：所述B层的厚度为3～10μm，所述B层中PET与反射类隔热剂的重量比为1:0.00002～0.00005。
6.根据权利要求3所述的隔热光学薄膜材料，其特征在于：所述C层的厚度为3～10μm，所述C层中PET与吸收类隔热剂的重量比为1:0.00005～0.00015。
7.根据权利要求3所述的隔热光学薄膜材料，其特征在于：所述D层的厚度为0.01～1μm。
8.根据权利要求3所述的隔热光学薄膜材料，其特征在于：所述的抗老化剂为紫外线吸收剂，所述的反射类隔热剂为纳米金属粉，所述的吸收类隔热剂为超细氧化物或炭黑。
9.根据权利要求3所述的隔热光学薄膜材料，其特征在于：所述的分散剂选自低分子聚乙烯、EVA蜡、离聚物、硬脂酸盐、芥酸酰胺、EBS、白油、TAS-2A或石蜡；所述的荧光增白剂选自双苯并噁唑类、二苯乙烯基苯类或二苯乙烯基联苯类荧光增白剂。
10.根据权利要求8所述的隔热光学薄膜材料，其特征在于：所述的紫外线吸收剂选自2-(2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2′-羟基-3′,5′-二戊基苯基)苯并三唑、2-(2′-羟基-5′-特辛基苯基)苯并三唑、2-(2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(十二烷基)-4-甲基苯酚、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑或醚醛。
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