CN108859328A - 一种隔热系统窗基体玻璃及其制备工艺 - Google Patents

一种隔热系统窗基体玻璃及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及玻璃领域，尤其涉及一种隔热系统窗基体玻璃及其制备工艺，所述隔热系统窗基体玻璃由基体、单向导热层、缓冲层和散热层组成，单向导热层设置在基体上，缓冲层设置在单向导热层上，散热层设置在缓冲层上，其中单向导热层为铜掺杂的聚酰亚胺薄膜；缓冲层为聚苯乙烯层；散热层为苯型聚酰亚胺薄膜或联苯型聚酰亚胺薄膜中的任意一种。

Description

一种隔热系统窗基体玻璃及其制备工艺
技术领域
本发明涉及玻璃领域，尤其涉及一种隔热系统窗基体玻璃及其制备工艺。
背景技术
隔热玻璃是一种性能玻璃，其用途甚广，在各个方面均有使用。尤其在炎热地区建筑物的窗户、汽车的挡风玻璃等，能够起到一定隔绝外界热量的作用。
但是现有技术的隔热玻璃均以双向隔热玻璃为主，即外界气温若长时间高于室内或车内气温时，仍会传递进较大的热量，而在黄昏或雨后等外界温度开始快速下降后室内或车内的热量又无法进行良好的散热，只能通过开窗或开空调等方式进行交互散热或制冷，会产生一定的能源浪费。
中国专利局于2012年6月20日公开了一种无机纳米透明隔热玻璃薄膜的发明专利申请，申请公告号为CN102503159A，其具备良好的隔热效果，但其仍是一种双向隔热的玻璃薄膜，无法起到良好的散热效果，并且制备工艺复杂，成本较高。
中国专利局还于2015年4月29日公开了一种汽车隔热玻璃的制备工艺的发明专利申请，申请公告号为CN104556719A，其制备出的隔热玻璃物化性能优良，涂膜表面光滑、附着力强，玻璃硬度高，耐酸、耐碱、耐污、耐老化性能好，使用寿命长，且玻璃对可见光的透光率较高，透光性能好，不会产生模糊的感觉，但其仍存在双向隔热，在黄昏或雨后等外界温度开始快速下降后室内或车内的热量又无法进行良好的散热，只能通过开窗或开空调等方式进行交互散热或制冷，会产生一定的能源浪费。
发明内容
为解决现有技术中隔热玻璃均以双向隔热玻璃为主，即外界气温若长时间高于室内或车内气温时，仍会传递进较大的热量，而在黄昏或雨后等外界温度开始快速下降后室内或车内的热量又无法进行良好的散热，只能通过开窗或开空调等方式进行交互散热或制冷，会产生一定的能源浪费的问题，本发明提供了一种具备良好单向隔热和单向散热功能的隔热系统窗基体玻璃。
本发明的另一目的是提供一种隔热系统窗基体玻璃的制备工艺。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种隔热系统窗基体玻璃，所述隔热系统窗基体玻璃由基体、单向导热层、缓冲层和散热层组成，单向导热层设置在基体上，缓冲层设置在单向导热层上，散热层设置在缓冲层上，其中：
单向导热层为铜掺杂的聚酰亚胺薄膜；
缓冲层为聚苯乙烯层；
散热层为苯型聚酰亚胺薄膜或联苯型聚酰亚胺薄膜中的任意一种。
基体为高透性高热导率的材料制备，设置在室内或车内一面，具备良好的导热效果，能够有效地传导室内或车内热量，并将热量传导至单向导热层上。单向导热层的主体为聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜具有高热阻、耐腐蚀等优点，其基体或外界热量传导至聚酰亚胺薄膜后均无法良好地通过，而铜又是一种良好的导热材料，热量可以通过聚酰亚胺薄膜中的铜进行传导，因此控制好铜的分布与形态，即可使其具备良好的单向隔热和单向导热性能且保持其高透性的特点，缓冲层的聚苯乙烯层具备高热阻的特点，可有效防止外界热量传导进入室内或车内，散热层为具有高热导率的苯型聚酰亚胺薄膜或联苯型聚酰亚胺薄膜中的任意一种，外界热量容易使其温度上升，但经过缓冲层和单向导热层两层阻隔，热量难以进入至室内或车内，而在室内或车内热量向外传导时，热量仅受缓冲层阻隔，散热层可有效提高向外散热时缓冲层内外两侧的温度差，可促进单向导热散热的进行。
作为优选，所述基体为石英玻璃。
石英玻璃具有高透性和高热导率的性能优点。
作为优选，所述单向导热层厚度为300～2000μm。
单向导热层厚度越大，其阻挡外界热量向内传导的能力越强，但会一定程度上影响透光率，而在该厚度范围内，其阻挡外界热量向内传导的能力与透光率均达到较高水平。
作为优选，所述单向导热层中铜的掺杂形态为尖部朝向散热层的锥形纳米铜结构。
尖部朝向散热层的锥形纳米铜结构具备良好的单向导热功能，其纳米结构底部与基体接触，热传导面积大，具备良好的导热效果进而产生良好的散热效果，而在朝向散热层生长的过程中其形成锥形结构，热传导面积逐渐减小，其生长至单向导热层表面或略高于单向导热层表面时，形成尖端形状，热传导面积极小，即使得外界温度难以向内传导，形成良好的隔热效果。
作为优选，所述散热层厚度为600～1800μm。
散热层厚度过大会产生一定的温度差延迟，与缓冲层接触的部分温度下降较慢，进而降低内部向外部的散热效果，而散热层厚度过小，则反正会影响一定的隔热效果，该厚度范围的散热层在散热和隔热的效果上均具有良好的表现。
一种隔热系统窗基体玻璃的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)将基体置于3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活性化基体；
2)将磁性淀粉微球配制成悬浮液，将步骤1)所得的活性化基体置于悬浮液中，并在外加磁场的情况下进行电沉积，得到表面沉积有磁性淀粉微球的基体；
3)在步骤2)所得沉积有磁性淀粉微球的基体面上涂覆聚酰胺溶液，流延成膜后置于高温环境中进行亚酰化反应并去除磁性淀粉微球，在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体；
4)将步骤3)所得在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体置于含铜电沉积液中进行电沉积，并外加磁场，磁场方向为由基体指向聚酰亚胺薄膜的方向，电沉积结束后得到表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体；
5)在步骤4)所得表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体表面通过平管式一步拉伸法制备聚苯乙烯薄膜，随后将其置于3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活化中间体；
6)将步骤5)所得的活化中间体置于均苯四甲酸二酐与二氨基二苯醚的混合液或联苯四甲酸二酐与间苯二胺的混合液中，充分浸渍后流延成膜并进行拉伸处理，在置于高温条件下进行亚酰化反应，得到隔热系统窗基体玻璃。
外加磁场条件下对磁性淀粉微球进行沉积，能够形成柱状或具备一定阵列结构的磁性淀粉微球基体，再制备聚酰亚胺薄膜，去除磁性淀粉微球后磁性淀粉微球内所含的磁性微粒会沉积在聚酰亚胺薄膜的孔结构内，在后续电沉积铜时通过外加磁场和磁性微粒所带有的微磁场，形成双重导向，使得铜容易在聚酰亚胺薄膜的孔结构内形成良好的锥形结构。3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液起到良好的活化效果，进而增强相邻两层之间的连接稳定性。
作为优选，步骤1)和步骤5)所述混合液中3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的质量比为1：(0.7～1.1)，两者相加的总质量浓度为35～45wt％。
作为优选，步骤3)所述亚酰化反应温度为200～220℃。
作为优选，步骤6)所述亚酰化反应温度为385～500℃。
本发明的有益效果是：
1)本发明所制备的隔热系统窗基体玻璃可有效防止外界热量传导进入室内或车内，有优秀的隔热性能；
2)在具备隔热性能的同时，具备将室内或车内的热量向外发散的能力，能够加快室内或车内散热，起到一定节约能源的目的；
3)制备工艺新颖，可量化生产。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步清楚详细的描述说明。
实施例1
一种隔热系统窗基体玻璃的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)将石英玻璃作为基体置于质量比为1：0.7、总质量浓度为35wt％的3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活性化基体；
2)将磁性淀粉微球配制成悬浮液，将步骤1)所得的活性化基体置于悬浮液中，并在外加磁场的情况下进行电沉积，至活性化基体表面覆盖有一层半透薄膜后以水洗净，得到表面沉积有磁性淀粉微球的基体；
3)在步骤2)所得沉积有磁性淀粉微球的基体面上涂覆聚酰胺溶液，流延成膜后置于200℃环境中进行亚酰化反应并去除磁性淀粉微球，在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体；
4)将步骤3)所得在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体置于含铜电沉积液中进行电沉积，并外加磁场，磁场方向为由基体指向聚酰亚胺薄膜的方向，电沉积结束后得到表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体，铜掺杂的聚酰亚胺薄膜为单向导热层，单向导热层厚度为300μnm；
5)在步骤4)所得表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体表面通过平管式一步拉伸法制备聚苯乙烯薄膜，聚苯乙烯薄膜为缓冲层，缓冲层厚度为1.5mm，随后将其置于质量比为1：0.7、总质量浓度为35wt％的3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活化中间体；
6)将步骤5)所得的活化中间体置于均苯四甲酸二酐与二氨基二苯醚的混合液中，充分浸渍后流延成膜并进行拉伸处理，在置于385℃条件下进行亚酰化反应，在活化中间体表面制得厚度为600μm的散热层，冷却后得到隔热系统窗基体玻璃。
经检测，本实施例所制得的集体玻璃透光率为92％，温差设置为10℃，散热层向基体导热时经65min后基体玻璃两面温度达到平衡，基体向散热层导热时经4min后集体玻璃两面温度达到均衡，即其具有非常优异的单向隔热和单向导热效果。
实施例2
一种隔热系统窗基体玻璃的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)将石英玻璃作为基体置于质量比为1：1.1、总质量浓度为45wt％的3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活性化基体；
2)将磁性淀粉微球配制成悬浮液，将步骤1)所得的活性化基体置于悬浮液中，并在外加磁场的情况下进行电沉积，至活性化基体表面覆盖有一层半透薄膜后以水洗净，得到表面沉积有磁性淀粉微球的基体；
3)在步骤2)所得沉积有磁性淀粉微球的基体面上涂覆聚酰胺溶液，流延成膜后置于220℃环境中进行亚酰化反应并去除磁性淀粉微球，在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体；
4)将步骤3)所得在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体置于含铜电沉积液中进行电沉积，并外加磁场，磁场方向为由基体指向聚酰亚胺薄膜的方向，电沉积结束后得到表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体，铜掺杂的聚酰亚胺薄膜为单向导热层，单向导热层厚度为2000μnm；
5)在步骤4)所得表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体表面通过平管式一步拉伸法制备聚苯乙烯薄膜，聚苯乙烯薄膜为缓冲层，缓冲层厚度为3.5mm，随后将其置于质量比为1：1.1、总质量浓度为45wt％的3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活化中间体；
6)将步骤5)所得的活化中间体置于联苯四甲酸二酐与间苯二胺的混合液中，充分浸渍后流延成膜并进行拉伸处理，在置于500℃条件下进行亚酰化反应，在活化中间体表面制得厚度为1800μm的散热层，冷却后得到隔热系统窗基体玻璃。
经检测，本实施例所制得的集体玻璃透光率为89％，温差设置为10℃，散热层向基体导热时经72min后基体玻璃两面温度达到平衡，基体向散热层导热时经3min后集体玻璃两面温度达到均衡，即其具有非常优异的单向隔热和单向导热效果。
实施例3
一种隔热系统窗基体玻璃的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)将石英玻璃作为基体置于质量比为1：0.85、总质量浓度为39wt％的3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活性化基体；
2)将磁性淀粉微球配制成悬浮液，将步骤1)所得的活性化基体置于悬浮液中，并在外加磁场的情况下进行电沉积，至活性化基体表面覆盖有一层半透薄膜后以水洗净，得到表面沉积有磁性淀粉微球的基体；
3)在步骤2)所得沉积有磁性淀粉微球的基体面上涂覆聚酰胺溶液，流延成膜后置于210℃环境中进行亚酰化反应并去除磁性淀粉微球，在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体；
4)将步骤3)所得在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体置于含铜电沉积液中进行电沉积，并外加磁场，磁场方向为由基体指向聚酰亚胺薄膜的方向，电沉积结束后得到表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体，铜掺杂的聚酰亚胺薄膜为单向导热层，单向导热层厚度为800μnm；
5)在步骤4)所得表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体表面通过平管式一步拉伸法制备聚苯乙烯薄膜，聚苯乙烯薄膜为缓冲层，缓冲层厚度为2.2mm，随后将其置于质量比为1：0.85、总质量浓度为39wt％的3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活化中间体；
6)将步骤5)所得的活化中间体置于联苯四甲酸二酐与间苯二胺的混合液中，充分浸渍后流延成膜并进行拉伸处理，在置于415℃条件下进行亚酰化反应，在活化中间体表面制得厚度为1300μm的散热层，冷却后得到隔热系统窗基体玻璃。
经检测，本实施例所制得的集体玻璃透光率为91％，温差设置为30℃，散热层向基体导热时经97min后基体玻璃两面温度达到平衡，基体向散热层导热时经5min后集体玻璃两面温度达到均衡，即其具有非常优异的单向隔热和单向导热效果。
实施例4
一种隔热系统窗基体玻璃的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)将石英玻璃作为基体置于质量比为1：0.9、总质量浓度为42wt％的3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活性化基体；
2)将磁性淀粉微球配制成悬浮液，将步骤1)所得的活性化基体置于悬浮液中，并在外加磁场的情况下进行电沉积，至活性化基体表面覆盖有一层半透薄膜后以水洗净，得到表面沉积有磁性淀粉微球的基体；
3)在步骤2)所得沉积有磁性淀粉微球的基体面上涂覆聚酰胺溶液，流延成膜后置于205℃环境中进行亚酰化反应并去除磁性淀粉微球，在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体；
4)将步骤3)所得在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体置于含铜电沉积液中进行电沉积，并外加磁场，磁场方向为由基体指向聚酰亚胺薄膜的方向，电沉积结束后得到表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体，铜掺杂的聚酰亚胺薄膜为单向导热层，单向导热层厚度为1500μnm；
5)在步骤4)所得表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体表面通过平管式一步拉伸法制备聚苯乙烯薄膜，聚苯乙烯薄膜为缓冲层，缓冲层厚度为2.7mm，随后将其置于质量比为1：0.9、总质量浓度为42wt％的3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活化中间体；
6)将步骤5)所得的活化中间体置于均苯四甲酸二酐与二氨基二苯醚的混合液中，充分浸渍后流延成膜并进行拉伸处理，在置于400℃条件下进行亚酰化反应，在活化中间体表面制得厚度为1800μm的散热层，冷却后得到隔热系统窗基体玻璃。
经检测，本实施例所制得的集体玻璃透光率为90％，温差设置为60℃，散热层向基体导热时经121min后基体玻璃两面温度达到平衡，基体向散热层导热时经9min后集体玻璃两面温度达到均衡，即其具有非常优异的单向隔热和单向导热效果。
实施例5
一种隔热系统窗基体玻璃的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)将石英玻璃作为基体置于质量比为1：1.02、总质量浓度为45wt％的3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活性化基体；
2)将磁性淀粉微球配制成悬浮液，将步骤1)所得的活性化基体置于悬浮液中，并在外加磁场的情况下进行电沉积，至活性化基体表面覆盖有一层半透薄膜后以水洗净，得到表面沉积有磁性淀粉微球的基体；
3)在步骤2)所得沉积有磁性淀粉微球的基体面上涂覆聚酰胺溶液，流延成膜后置于220℃环境中进行亚酰化反应并去除磁性淀粉微球，在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体；
4)将步骤3)所得在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体置于含铜电沉积液中进行电沉积，并外加磁场，磁场方向为由基体指向聚酰亚胺薄膜的方向，电沉积结束后得到表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体，铜掺杂的聚酰亚胺薄膜为单向导热层，单向导热层厚度为1700μnm；
5)在步骤4)所得表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体表面通过平管式一步拉伸法制备聚苯乙烯薄膜，聚苯乙烯薄膜为缓冲层，缓冲层厚度为3.5mm，随后将其置于质量比为1：1.02、总质量浓度为45wt％的3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活化中间体；
6)将步骤5)所得的活化中间体置于联苯四甲酸二酐与间苯二胺的混合液中，充分浸渍后流延成膜并进行拉伸处理，在置于500℃条件下进行亚酰化反应，在活化中间体表面制得厚度为1800μm的散热层，冷却后得到隔热系统窗基体玻璃。
经检测，本实施例所制得的集体玻璃透光率为92％，温差设置为10℃，散热层向基体导热时经69min后基体玻璃两面温度达到平衡，基体向散热层导热时经3min后集体玻璃两面温度达到均衡，即其具有非常优异的单向隔热和单向导热效果。

Claims (9)

1.一种隔热系统窗基体玻璃，其特征在于，所述隔热系统窗基体玻璃由基体、单向导热层、缓冲层和散热层组成，单向导热层设置在基体上，缓冲层设置在单向导热层上，散热层设置在缓冲层上，其中：
单向导热层为铜掺杂的聚酰亚胺薄膜；
缓冲层为聚苯乙烯层；
散热层为苯型聚酰亚胺薄膜或联苯型聚酰亚胺薄膜中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的一种隔热系统窗基体玻璃，其特征在于，所述基体为石英玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种隔热系统窗基体玻璃，其特征在于，所述单向导热层厚度为300～2000μnm。
4.根据权利要求3所述的一种隔热系统窗基体玻璃，其特征在于，所述单向导热层中铜的掺杂形态为尖部朝向散热层的锥形纳米铜结构。
5.根据权利要求1所述的一种隔热系统窗基体玻璃，其特征在于，所述散热层厚度为600～1800μm。
6.一种如根据权利要求1或2或3或4或5所述的隔热系统窗基体玻璃的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)将基体置于3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活性化基体；
2)将磁性淀粉微球配制成悬浮液，将步骤1)所得的活性化基体置于悬浮液中，并在外加磁场的情况下进行电沉积，得到表面沉积有磁性淀粉微球的基体；
3)在步骤2)所得沉积有磁性淀粉微球的基体面上涂覆聚酰胺溶液，流延成膜后置于高温环境中进行亚酰化反应并去除磁性淀粉微球，在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体；
4)将步骤3)所得在表面形成具备丰富多孔结构聚酰亚胺薄膜的基体置于含铜电沉积液中进行电沉积，并外加磁场，磁场方向为由基体指向聚酰亚胺薄膜的方向，电沉积结束后得到表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体；
5)在步骤4)所得表面设有铜掺杂的聚酰亚胺薄膜的基体表面通过平管式一步拉伸法制备聚苯乙烯薄膜，随后将其置于3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合液进行活化处理，得到活化中间体；
6)将步骤5)所得的活化中间体置于均苯四甲酸二酐与二氨基二苯醚的混合液或联苯四甲酸二酐与间苯二胺的混合液中，充分浸渍后流延成膜并进行拉伸处理，在置于高温条件下进行亚酰化反应，冷却后得到隔热系统窗基体玻璃。
7.根据权利要求6所述的一种隔热系统窗基体玻璃的制备工艺，其特征在于，步骤1)和步骤5)所述混合液中3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷的质量比为1：(0.7～1.1)，两者相加的总质量浓度为35～45wt％。
8.根据权利要求6所述的一种隔热系统窗基体玻璃的制备工艺，其特征在于，步骤3)所述亚酰化反应温度为200～220℃。
9.根据权利要求6所述的一种隔热系统窗基体玻璃的制备工艺，其特征在于，步骤6)所述亚酰化反应温度为385～500℃。
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