CN108129684B - 一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法及其用途，该方法包括以下步骤：(1)制备具有可见光反射的薄膜；(2)在制备好可见光反射薄膜之后，在其表面涂覆一层具有高红外阻隔的纳米涂层；(3)将制备好的复合薄膜在一定的温度下烘干、成型；步骤(1)中具有可见光反射的薄膜，包括以下步骤：(a)制备一具有核壳结构的复合微球；(b)复合微球经过合成、成型和热挤压；得到具有可见光反射的薄膜。本发明的有益效果为：本发明采用纯化学的工艺赋予薄膜多功能的特性，特别是在薄膜的光学特性上，实现太阳光谱的自由调控，如可见光的控制和近红外的高阻隔可以广泛用于建筑、汽车、船舶、电子等领域。

Description

一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法及其用途
技术领域
本发明涉及一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法及其用途，属于功能薄膜领域。
背景技术
将具有功能性的无机纳米材料和有机高分子材料均匀复合一直是复合材料领域研究的热点。因为一般的有机高分子材料具有生产简单、易加工成型、透明度高、成本低等优点，但也有耐候性差、功能性弱等缺点；而无机材料具有耐温好、多功能(防静电、抗紫外、防污、防静电、导热性好)等优点，但缺点是不容易加工成型，特别是非几何规则难以加工的缺点制约其在日常生活中的大规模使用。因此，单一材料制约了有机材料和无机材料在实际生活过程中的应用。
若能将无机材料、特别是无机纳米颗粒均匀地分散于有机高分子材料中，不仅可以制备出多功能的复合材料，同时还兼具有机材料和无机材料的优点，如有机材料容易成型加工，而无机材料也可以提高有机材料的耐磨性，提高有机材料的耐候性等等。目前，这种有机无机复合材料将逐步应用于我们的日常生活中，例如有机无机隔热膜、有机无机防静电膜、有机无机保温膜、有机无机抗污膜、有机无机纳米散热膜等等。
目前，低成本大规模制备的绝缘高导热有机无机复合材料方面的专利鲜有涉及，特别是在纳米复合材料领域，不改变塑料本体颜色情况下的绝缘高导热产品价格都十分昂贵，而且大部分都是直接添加或是偶联剂改性，得到都是不透明的产品，而无机材料在有机体系中的高分散这一复合材料的发展趋势已得到学术界和工业界的广泛认可。因此，本文公开一种有绝缘高导热有机无机复合薄膜的制备方法，通过现有的薄膜生产工艺就可以制备出透明度好的、绝缘高导热的薄膜，通过该复合母粒制备的塑料板材或薄膜具有雾度低、耐候性好等优点，这为制备高性能塑料产品的开拓一条良好的道路。
发明内容
本发明的目的是为了一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，以解决现有技术的上述问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。
一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备具有可见光反射的薄膜；
(2)在制备好可见光反射薄膜之后，在其表面涂覆一层具有高红外阻隔的纳米涂层；
(3)将制备好的复合薄膜在一定的温度下烘干、成型；
步骤(1)中具有可见光反射的薄膜，包括以下步骤：
(a)制备一具有核壳结构的复合微球；
(b)复合微球经过合成、成型和热挤压；得到具有可见光反射的薄膜。
所述的复合微球包括无机微球或有机微球；无机微球选自氧化硅球、氧化钛球、氧化铁球、氧化铝球、氧化锌球中的一种；有机微球选自聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚甲基丙烯酸丙酯微球中的一种。
优选的，无机微球为氧化硅微球；有机微球为聚苯乙烯微球或聚甲基丙烯酸甲酯微球；
优选的，复合微球的尺寸范围是100-1000纳米范围，更优选，微球的尺寸150-300纳米；
所述的核壳结构的复合微球由内而外依次为核、过渡层、壳三层；核材料为球形的材料，尺寸均一，偏差小于10％；球形材料的尺寸为亚微米范围，具体是指150-200纳米的微球，对350-800纳米的可见光具有较强的反射。
所述的过渡层为聚甲基丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯中的一种或几种的混合物。
所述的壳层材料一般是热塑性材料，优选，热塑性聚氨酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸二乙酯。
所述的硬质核的比重在30-60wt％，过渡层在1-10wt％，壳层的比重30-60％
所述的有机微球一般采用乳液聚合的方法，乳液聚合的温度一般在65-90℃之间；无机微球一般才有stober工艺制备氧化硅微球。
合成的复合微球，可采用单向热压或是辊压成膜；热压的温度控制在80-150℃，优选100-140℃；热压的时间控制在20分钟以内，优选的10分钟以内，更优选5分钟以内；热压的压力控制在10-100Mpa，优选40-60Mpa。
可见光的调控，可以简单根据微球的大小来控制。
步骤(2)中，红外阻隔纳米涂料的制备工艺通常包含两大步，无机纳米浆料的制备和有机无机纳米涂料的制备，其中，无机纳米浆料的制备包括混合、预分散、研磨、过筛等四步，具体如下：
(i)将具有红外阻隔的无机纳米粉体、有机分散剂和有机溶剂三者混合；
(ii)将混合体在高速剪切分散介质中高速剪切分散30-60分钟；
(iii)将高速剪切分散的浆料放进罐磨机、球磨机或是砂磨机中研磨分散；
(iiii)将研磨好的色浆过筛，以去除大的颗粒。
其中，步骤(i)中，无机纳米粉体为氧化铟锡纳米粉体、氧化锡锑纳米粉体、氧化钨系类纳米粉体、氧化钼系列纳米粉体中的一种；且具有红外阻隔功能的无机纳米粉体的三维尺寸均不超过100纳米。
步骤(i)中，有机分散助剂为含有羟基有机高分子长链、羧基有机高分子长链、环氧基有机高分子长链或含有氨基类的有机高分子长链中的一种；具体选自聚乙二醇类、聚丙烯酸类、聚乙烯吡咯烷酮类、聚氨酯类分散剂中的一种。有机分散助剂的添加量应为无机纳米粉体的0.5-15％左右，优选5-8％。
步骤(i)中，所述的有机溶剂可以是醇类(如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇)，酯类(乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等)，苯类(甲苯、二甲苯等)、酮类、醚类等常用的工业有机溶剂。
步骤(ii)中，所述分散介质为一般为惰性溶剂，在惰性介质中进行有机改性，可以防止无机纳米的变性，提高粉体的化学稳定性。
将制备好的有机无机红外阻隔涂料涂覆在可见光反射的薄膜上，在120℃烘干即可。
红外阻隔涂料的粘结剂可以是有机树脂，如丙烯酸树脂、聚氨酯；也可以是无机树脂，如无机硅树脂。
本发明的有益效果为：本发明采用纯化学的工艺赋予薄膜多功能的特性，特别是在薄膜的光学特性上，实现太阳光谱的自由调控，如可见光的控制和近红外的高阻隔可以广泛用于建筑、汽车、船舶、电子等领域。
附图说明
图1可见光反射近红外阻隔的结构示意图；
图2聚苯乙烯微球的透射电镜图；
图3钨酸铯纳米颗粒的透射电镜图；
图4可见光反射近红外阻隔的光谱图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。
实施例1
步骤(1)可见光反射薄膜的制备
使用1L的油浴搅拌釜，高纯氮气保护，预先混合500g去离子水、100g苯乙烯、10g甲基丙烯酸甲酯、10g丙烯酸、2.5g碳酸氢铵、2g十二烷基苯磺酸钠，在70℃搅拌约30分钟，之后加入3g过硫酸铵和去离子水的混合溶液，在75℃反应两个小时；之后用60分钟缓慢加入5g丙烯酸乙酯、5g甲基丙烯酸丙酯、0.2g十二烷基苯磺酸钠的混合液、0.2g氢氧化钾、100g去离子水，形成缓冲层；最后用120分钟加入100g丙烯酸乙酯、0.2g十二烷基苯磺酸钠的混合液、100g去离子水的混合液，之后90℃反应60分钟，以让有机单体充分反应完全。用甲醇破乳、干燥得到复合的微球。
将复合的微球经过120℃，热压既可以得到可见光反射的薄膜
步骤(2)红外阻隔涂料的制备
取纳米钨酸铯25份，异丙醇74份，硅烷偶联剂1份放入到不锈钢容器中，在高速剪切分散机中以1500r/min进行预分散30分钟；之后放入到球磨机中球磨24小时，过筛去除大颗粒，得到均匀分散的高导热功能的钨酸铯纳米色浆。
将钨酸铯纳米色浆与有机树脂混合，得到高红外阻隔的有机无机纳米涂料。
步骤(3)复合薄膜的制备
将钨酸铯纳米涂料涂覆在可见光反射的薄膜表面，干燥既可以得到可见光反射红外高阻隔的薄膜。
图1可见光反射近红外阻隔的结构示意图
图2聚苯乙烯微球的透射电镜图
图3钨酸铯纳米颗粒的透射电镜图
图4可见光反射近红外阻隔的光谱图
实施例2
步骤(1)可见光反射薄膜的制备
使用1L的油浴搅拌釜，高纯氮气保护，预先混合500g去离子水、100g苯乙烯、10g甲基丙烯酸甲酯、10g丙烯酸、2.5g碳酸氢铵、1g十二烷基苯磺酸钠，在70℃搅拌约30分钟，之后加入3g过硫酸铵和去离子水的混合溶液，在75℃反应两个小时；之后用60分钟缓慢加入5g丙烯酸乙酯、5g甲基丙烯酸丙酯、0.2g十二烷基苯磺酸钠的混合液、0.2g氢氧化钾、100g去离子水，形成缓冲层；最后用120分钟加入100g丙烯酸乙酯、0.2g十二烷基苯磺酸钠的混合液、100g去离子水的混合液，之后90℃反应60分钟，以让有机单体充分反应完全。用甲醇破乳、干燥得到复合的微球。
将复合的微球经过120℃，热压既可以得到可见光反射的薄膜
步骤(2)红外阻隔涂料的制备
取纳米钨酸铯25份，异丙醇74份，硅烷偶联剂1份放入到不锈钢容器中，在高速剪切分散机中以1500r/min进行预分散30分钟；之后放入到球磨机中球磨24小时，过筛去除大颗粒，得到均匀分散的高导热功能的钨酸铯纳米色浆。
将钨酸铯纳米色浆与有机树脂混合，得到高红外阻隔的有机无机纳米涂料。
步骤(3)复合薄膜的制备
将钨酸铯纳米涂料涂覆在可见光反射的薄膜表面，干燥既可以得到可见光反射红外高阻隔的薄膜。
图1可见光反射近红外阻隔的结构示意图
图2聚苯乙烯微球的透射电镜图
图3钨酸铯纳米颗粒的透射电镜图
图4可见光反射近红外阻隔的光谱图
实施例3
步骤(1)可见光反射薄膜的制备
使用1L的油浴搅拌釜，高纯氮气保护，预先混合500g去离子水、100g苯乙烯、10g甲基丙烯酸甲酯、10g丙烯酸、2.5g碳酸氢铵、0.1g十二烷基苯磺酸钠，在70℃搅拌约30分钟，之后加入3g过硫酸铵和去离子水的混合溶液，在75℃反应两个小时；之后用60分钟缓慢加入5g丙烯酸乙酯、5g甲基丙烯酸丙酯、0.2g十二烷基苯磺酸钠的混合液、0.2g氢氧化钾、100g去离子水，形成缓冲层；最后用120分钟加入100g丙烯酸乙酯、0.2g十二烷基苯磺酸钠的混合液、100g去离子水的混合液，之后90℃反应60分钟，以让有机单体充分反应完全。用甲醇破乳、干燥得到复合的微球。
将复合的微球经过120℃，热压既可以得到可见光反射的薄膜
步骤(2)红外阻隔涂料的制备
取纳米钨酸铯25份，异丙醇74份，硅烷偶联剂1份放入到不锈钢容器中，在高速剪切分散机中以1500r/min进行预分散30分钟；之后放入到球磨机中球磨24小时，过筛去除大颗粒，得到均匀分散的高导热功能的钨酸铯纳米色浆。
将钨酸铯纳米色浆与有机树脂混合，得到高红外阻隔的有机无机纳米涂料。
步骤(3)复合薄膜的制备
将钨酸铯纳米涂料涂覆在可见光反射的薄膜表面，干燥既可以得到可见光反射红外高阻隔的薄膜。
图1可见光反射近红外阻隔的结构示意图；
图2聚苯乙烯微球的透射电镜图；从图中可以看出图的大小和分布比较均一
图3钨酸铯纳米颗粒的透射电镜图；从图中可以看出，钨酸铯纳米颗粒较小且没有明显团聚。
图4可见光反射近红外阻隔的光谱图；从图中可以看出，在可见光谱波段有较高的反射率。

Claims (16)

1.一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制备具有可见光反射的薄膜；
(2)在制备好可见光反射薄膜之后，在其表面涂覆一层具有高红外阻隔的纳米涂层；
(3)将制备好的复合薄膜在一定的温度下烘干、成型；
步骤(1)中所述具有可见光反射的薄膜，其制备方法包括以下步骤：
(a)制备具有核壳结构的复合微球；
(b)复合微球采用单向热压或是辊压成膜；得到具有可见光反射的薄膜；
所述的核壳结构的复合微球由内而外依次为核、过渡层、壳三层；核材料为球形的材料，尺寸均一，偏差小于10％；球形材料为150-200纳米的微球，对 350-800纳米的可见光具有较强的反射。
2.根据权利要求1所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：所述的复合微球包括无机微球或有机微球；无机微球选自氧化硅球、氧化钛球、氧化铁球、氧化铝球、氧化锌球中的一种；有机微球选自聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚甲基丙烯酸丙酯微球中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：无机微球为氧化硅微球；有机微球为聚苯乙烯微球或聚甲基丙烯酸甲酯微球。
4.根据权利要求2所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：所述的有机微球采用乳液聚合的方法制备，乳液聚合的温度在65-90℃之间；无机微球是采用stober工艺制备的氧化硅微球。
5.根据权利要求1所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：所述的过渡层的材料为聚甲基丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：所述的壳层材料为热塑性聚氨酯或聚丙烯酸乙酯。
7.根据权利要求1所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：所述的核的比重在30-60wt％，过渡层的比重在1-10wt％，壳层的比重在30-60wt％。
8.根据权利要求1所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：热压的温度控制在80-150℃；热压的时间控制在20分钟以内，热压的压力控制在10-100Mpa。
9.根据权利要求8所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：热压的温度控制在100-140℃；热压的时间控制在10分钟以内，热压的压力控制在40-60Mpa。
10.根据权利要求1所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，红外阻隔纳米涂料的制备工艺包含两大步，无机纳米浆料的制备和有机无机纳米涂料的制备，其中，无机纳米浆料的制备包括混合、预分散、研磨、过筛四步，具体如下：
(i)将具有红外阻隔的无机纳米粉体、有机分散剂和有机溶剂三者混合；
(ii)将混合体在高速剪切分散介质中高速剪切分散30-60分钟；
(iii)将高速剪切分散的浆料放进罐磨机、球磨机或是砂磨机中研磨分散；
(iiii)将研磨好的色浆过筛，以去除大的颗粒。
11.根据权利要求10所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(i)中，无机纳米粉体为氧化铟锡纳米粉体、氧化锡锑纳米粉体、氧化钨纳米粉体、氧化钼纳米粉体中的一种。
12.根据权利要求10所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(i)中，有机分散助剂为含有羟基有机高分子、含有羧基有机高分子、含有环氧基有机高分子或含有氨基有机高分子中的一种；有机分散助剂的添加量为无机纳米粉体的0.5-15％。
13.根据权利要求12所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：有机分散助剂选自聚乙二醇类、聚丙烯酸类、聚乙烯吡咯烷酮类、聚氨酯类分散剂中的一种；有机分散助剂的添加量为无机纳米粉体的5-8％。
14.根据权利要求10所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(i)中，所述的有机溶剂为醇类，酯类，苯类、酮类或醚类有机溶剂。
15.根据权利要求14所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：醇类有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇；酯类有机溶剂选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯；苯类有机溶剂选自甲苯、二甲苯。
16.根据权利要求14所述的一种可见光反射近红外高阻隔薄膜的制备方法，其特征在于：将制备好的红外阻隔纳米涂料涂覆在可见光反射的薄膜上，在120℃烘干即可；红外阻隔纳米涂料的粘结剂为丙烯酸树脂、聚氨酯、无机硅树脂中的一种。
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