CN111303602B - 一种母粒、聚碳酸酯冷却膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种母粒、聚碳酸酯冷却膜及其制备方法和应用，属于冷却膜制备技术领域。母粒包括以下重量份的组分：聚碳酸酯98~99份、近红外吸收剂0.5~1.5份、隔热剂0.1~0.3份、偶联剂0.05~0.2份；近红外吸收剂为2‑[3‑[1，3‑二氢‑1，3‑二甲基‑1‑（苯基甲基）‑2H‑苯并[e]吲哚‑2‑亚基]‑1‑丙烯‑1‑基]‑1，3‑二甲基‑1‑（苯基甲基）‑1H‑苯并[e]吲哚。聚碳酸酯冷却膜包括以下质量百分比的组分：聚碳酸酯97~98.5%，母粒1.5~3%。该母粒和该聚碳酸酯冷却膜具有较好的隔离紫外线、隔热的效果，并且具有较高的透光率，能应用于在制备玻璃贴膜或透明隔热板。

Description

一种母粒、聚碳酸酯冷却膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及冷却膜的制备技术领域，具体涉及一种母粒、聚碳酸酯冷却膜及其制备方法和应用。
背景技术
聚碳酸酯是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型，其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。
聚碳酸酯是一种强韧的热塑性树脂，其内部含有 CO3基团。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。聚碳酸酯具有耐弱酸、耐弱碱、耐中性油、不耐紫外光的性能，PC是一种线型碳酸聚酯，PC是几乎无色的玻璃态的无定形聚合物，有很好的光学性，因此，相关研究者们将PC应用在聚碳酸酯薄膜的制备中。
聚碳酸酯薄膜是以聚碳酸酯为主料，并附加功能性助剂，通过辊压成型，制作的薄膜或薄片。
目前现有技术中的聚碳酸酯薄膜主要是采用有色隔热玻璃对外界高温进行阻隔，吸收有害的紫外光线，但效果有限，仍有大量的不可见光热源需要隔除。因此，现有技术中的聚碳酸酯薄膜还存在隔离紫外线、隔热热效果差的技术缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种母粒、聚碳酸酯冷却膜、及其制备方法和应用，该母粒具有较好的隔离紫外线、隔热效果、添加方便；该聚碳酸酯冷却膜具有较好的隔离紫外线、隔热的效果，并且具有较高的透光率。
一种母粒，按照重量份计其包括以下组分：
聚碳酸酯 98~99份；
近红外吸收剂 0.5~1.5份；
隔热剂 0.1~0.3份；
偶联剂 0.05~0.2份；
其中，所述的近红外吸收剂为2-[3-[1，3-二氢-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基]-1-丙烯-1-基]-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-1H-苯并[e]吲哚。
所述的隔热剂为纳米钨酸銫粉，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
一种聚碳酸酯冷却膜，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：聚碳酸酯97%~98.5%，权利要求1~3任一项所述的母粒1.5%~3%。
该聚碳酸酯冷却膜的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
1）、制备母粒：
按重量份将聚碳酸酯、近红外吸收剂、隔热剂及偶联剂混合、搅拌，然后将所得混合物料抽入挤出机中，加热至熔融温度、得流动状态物料，将流动状态物料冷却、固化、挤出，经切粒机切粒，制成母粒；
2）、膜成型工艺，包括以下子步骤：
将母粒和聚碳酸酯分别投入干燥仓中干燥；
将干燥后的母粒和聚碳酸酯按质量百分比称取，抽入混料系统加热混合，经混料系统后出料、拉膜，再经三辊压延定型，即得聚碳酸酯冷却膜。
步骤1）所述抽入使用的设备为真空泵，抽入压力3MPa。
步骤1）所述的母粒含水率小于等于200ppm；步骤2）所述干燥后的母粒和干燥后聚碳酸酯的含水率均小于等于75ppm。
步骤2）所述干燥的具体操作为：母粒干燥温度115~120℃、干燥时间4~5小时；聚碳酸酯干燥温度120~125℃、时间4~5小时。
步骤2）所述混料系统的工艺参数为：螺杆温度205~275℃、换网器255℃、计量泵265℃、连接体265℃、模头255~285℃，三辊压延定型温度115~138℃。
所述的聚碳酸酯冷却膜的厚度为0.8mm~1.5mm或2~12mm。
在制备玻璃贴膜或透明隔热板中的应用
与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：
1、本发明的母粒：首先，本发明母粒具有较好的隔离紫外线、隔热效果；其次，本发明的母粒与聚碳酸酯融合性较好，添加方便。本发明的母粒能够应用于制备汽车用聚碳酸酯冷却膜；并且，本发明的母粒还能与聚碳酸酯混合制备透光隔热板材，以代替玻璃使用。
2、本发明的聚碳酸酯冷却膜具有隔离紫外线、隔热的效果。聚碳酸酯冷却膜是指对自然光中的红外线过滤的聚碳酸酯薄膜。第一，近红外吸收剂选用2-[3-[1，3-二氢-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基]-1-丙烯-1-基]-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-1H-苯并[e]吲哚（分子式：C45H41N2.F6P，分子量：754.80，CAS登录号：581092-53-7，简称近红外吸收剂DCY02），近红外吸收剂DCY02能隔绝近红外光和紫外光；隔热剂选用纳米钨酸銫粉（CAS号13587-19-4，分子式C2）WO4，分子量：513.65），纳米钨酸銫粉是对近红外吸收效果很好的无机纳米材料，颗粒均匀，分散性好。在950nm处红外吸收可达到90%以上，同时550nm处的可见光透过率达到70%以上。近红外吸收剂DCY02和纳米钨酸銫粉联用，两者在可见光波段均具有稳定的高透光率，并且两者联用具有协同增效的作用，能明显提高聚碳酸酯冷却膜的吸收热辐射性能，太阳能总透射比在进一步优选范围内能达到0.55~0.66。第二，通过偶联剂可促使二者更好的融合在一起，偶联剂的加入对近红外吸收剂与隔热剂的融合起到了积极作用，偶联剂可以使聚碳酸酯、近红外吸收剂和隔热剂迅速形成基团，同时对隔热冷却作用起到增容的效果。最后，本发明聚碳酸酯冷却膜兼具优良的隔离近红外线、隔离紫外线的双重功效从而实现隔热隔离辐射的效果；并且，由于近红外吸收剂DCY02和纳米钨酸銫粉的协同增效作用，因此减少了助剂的总量，从而减小了助剂对冷却膜透光度的影响，聚碳酸酯膜颜色由晶莹透剔轻微变雾，本发明聚碳酸酯冷却膜透光率能达到76%，透光性优异，适合用作汽车玻璃贴膜。
3、本发明的聚碳酸酯冷却膜的制备方法：第一，先取少量聚碳酸酯与偶联剂、近红外吸收剂和隔热剂共混制备母粒，促进助剂均匀分散、形成改性基团；然后再制备聚碳酸酯冷却膜，由于步骤1）和2）中均使用了聚碳酸酯，使得母粒与聚碳酸酯的融合性极好，聚碳酸酯冷却膜中改性基团的分散性好且易于加工。第二，本发明可控制原料聚碳酸酯和母粒的加入量，控制膜层的厚度。
4、本发明的聚碳酸酯冷却膜的应用：本发明膜层的厚度可根据场合需求进行调整，如厚度为0.8mm~1.5mm的薄膜可贴附在玻璃上使用，能用于贴附银行、拘留所和公共场所的防护视窗玻璃、车用玻璃、建筑玻璃上。另外，本发明聚碳酸酯冷却膜厚度能做成2~12mm的透明隔热板，能直接替代玻璃使用，透明隔热板能用于制作护目镜镜片，头盔面罩、视窗玻璃、车用玻璃、热辐射隔绝罩。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：图1为实施例1~3的红外波段的光透过率曲线图。
具体实施方式
本发明提出了一种母粒、聚碳酸酯冷却膜及其制备方法和应用，为了使本发明的优
技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
所用成分：
聚碳酸酯：塑发塑胶（东莞）原料有限公司出售的帝人L-1250Y；帝人L-1250Y物理性能要求：密度1.2g/cm³，维卡温度149℃；透光率88%；线性成型收缩率0.5%；
近红外吸收剂：2-[3-[1，3-二氢-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基]-1-丙烯-1-基]-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-1H-苯并[e]吲哚，为湖北云镁科技有限公司出售的近红外吸收剂DCY02；
隔热剂：为赣州奥润吉新材料有限公司生产出售纳米钨酸銫粉；
硅烷偶联剂：为湖北信康医药化工有限公司生产出售γ-巯丙基三乙氧基硅烷；
本发明中述及的聚碳酸酯冷却膜，是主要采用聚碳酸酯制备而成的适用于防护视窗、防弹玻璃的一种薄膜。实施例1~3和对比例1~3所得聚碳酸酯冷却膜厚度为1mm，实施例4所得聚碳酸酯冷却膜厚度为2mm。
实施例1：
（1）将帝人L-1250Y 98kg、近红外吸收剂2-[3-[1，3-二氢-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基]-1-丙烯-1-基]-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-1H-苯并[e]吲哚1.5kg，隔热剂纳米钨酸銫粉0.3kg，偶联剂γ-巯丙基三乙氧基硅烷0.2 kg充分搅拌混合后利用真空泵抽入挤出机料斗中，物料在机筒内加热至熔融温度205℃处于流动状态的物料取近似的口型形状，再进入冷却定型装置，使物料保持既定的形状固化，再将挤出定型的物料输入切粒机将圆形条状塑料切割，制成母粒；
（2）取1.5kg冷却母粒投入干燥仓中干燥，设置温度为118℃，干燥时间5小时，取98.5kg帝人L-1250Y投入干燥仓中干燥，设置温度为123℃，干燥时间5小时，利用真空抽料机将母粒和帝人L-1250Y按比例抽入混料系统，螺杆温度设定275℃，换网器255℃，计量泵265℃，连接体265℃，模头255℃，出料拉膜，经三辊压延定型（三辊温度115℃），得到聚碳酸酯冷却膜。
实施例2：
（1）将帝人L-1250Y 99kg，近红外吸收剂2-[3-[1，3-二氢-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基]-1-丙烯-1-基]-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-1H-苯并[e]吲哚0.5kg，隔热剂纳米钨酸銫粉0.3kg，偶联剂γ-巯丙基三乙氧基硅烷0.2kg充分搅拌混合后利用真空泵抽入挤出机料斗中，物料在机筒内加热至熔融温度205℃，处于流动状态的物料取近似的口型形状，再进入冷却定型装置，使物料保持既定的形状固化，再将挤出定型的物料输入切粒机将圆形条状塑料切割，制成母粒；
（2）取2kg冷却母粒投入干燥仓中干燥，设置温度为118℃，干燥时间5小时，取98kg帝人L-1250Y投入干燥仓中干燥，设置温度为123℃，干燥时间5小时，利用真空抽料机将母粒和帝人L-1250Y按比例抽入混料系统，螺杆温度设定205℃，换网器255℃，计量泵265℃，连接体265℃，模头285℃，出料拉膜，经三辊压延定型（三辊温度138℃），得到聚碳酸酯冷却膜。
实施例3：
（1）将原料帝人L-1250Y 98.5kg，近红外吸收剂2-[3-[1，3-二氢-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基]-1-丙烯-1-基]-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-1H-苯并[e]吲哚1.2kg，隔热剂纳米钨酸銫粉0.2kg，偶联剂γ-巯丙基三乙氧基硅烷0.1kg充分搅拌混合后利用真空泵抽入挤出机料斗中，物料在机筒内加热至熔融温度205℃，处于流动状态的物料取近似的口型形状，再进入冷却定型装置，使物料保持既定的形状固化，再将挤出定型的物料输入切粒机将圆形条状塑料切割，制成母粒；
（2）取3kg冷却母粒投入干燥仓中干燥，设置温度为118℃，干燥时间5小时，取97kg帝人L-1250Y投入干燥仓中干燥，设置温度为123℃，干燥时间5小时，利用真空抽料机将母粒和帝人L-1250Y按比例抽入混料系统，螺杆温度设定250℃，换网器255℃，计量泵265℃，连接体265℃，模头265℃，出料拉膜，经三辊压延定型（三辊温度120℃），得到聚碳酸酯冷却膜。
实施例4：
本实施例与实施例1相同，区别在于，所得膜的厚度为2mm。
对比例1：
本对比例与实施例1相同，区别在于：步骤1）中未添加近红外吸收剂，隔热剂纳米钨酸銫粉用量为1.8kg。
对比例2：
本对比例与实施例1相同，区别在于：步骤1）中未添加隔热剂纳米钨酸銫粉，近红外吸收剂用量为1.8kg。
对比例3：
本对比例与实施例1相同，区别在于：步骤1）中未添加偶联剂γ-巯丙基三乙氧基硅烷0.2 kg。
性能测试
对上述实施例1~4和对比例1~3制备得到的聚碳酸酯冷却膜进行相关性能检测，如下表1所示。
SHGC—太阳能热增益系数表示被阻隔的太阳能热量和照射在物体表面的总热量之比，是指开窗产品系统的总体性能，是广泛条件下太阳能增益的准确指示。SHGC 表示为从 0 到1.0 的无量纲数。高 SHGC 值表示高热增益，而低值意味着低热增益（依据标准ISO15099：2003（E））；
SC—阴影系数表示通过系统的太阳能热增益与在正常入射时的透明玻璃的比例。要执行从 SHGC 到 SC 的近似转换，将 SHGC 值除以 0.87（由 SHGC 计算）；
Tsol—太阳光直接透射比：在太阳光谱范围内，直接透过玻璃的太阳能强度对入射太阳能强度的比值；
Tvis—（VLT）可见光透射总透射光与总入射光的比率（即可见光谱的量，通过玻璃系统的 380-780 纳米的光除以撞击玻璃表面的光量）。Tvis 值越高，通过玻璃窗的入射光越多。 （依据标准ISO15099：2003（E））；
CF—冷却因子（或发光效率）是一个光源的参数，它是光通量与功率的比值。根据情况不同，此功率可以指光源输出的辐射通量，或者是提供光源的能（可以是电能，化学能等）。在此处是可见光透射率除以 SHGC；
CF=Tvis/SHGC—在选择玻璃类型时，在光透射和热控制之间的折衷方面比较不同的玻璃类 型是有用的手段。冷却因子为 1 的玻璃类型的发光量与热量一样多，冷却因子低于 1 的玻 璃类型比光传播更多的热量，而冷却因子大于 1 的透明度比热量传播更多的光；
LT—根据ASTM D1003-2013 通过 Haze-GardPlus（数字雾度计，BYK公司生产）测量的总透光率（%）；
雾度—根据ASTM D1003-2013，通过 Haze-GardPlus（数字雾度计，BYK公司生产）测量，穿过玻璃窗系统的透射光的 百分比偏离入射光束的大于 2.5°（%）。
表1 实施例和对比例性能测试结果
Figure 796185DEST_PATH_IMAGE001
。
图1为实施例1~3的红外波段的光透过率曲线图，通过图1可以看出实施例1~2所得冷却膜能有效阻隔红外线，从而起到较好的隔热效果。
由实施例1与对比例1和对比例2性能测试结果对比可看出，在其他条件相同而仅添加近红外吸收剂或纳米钨酸銫粉中一种的情况下，热辐射获得率、阴影系数、太阳能总量有显著上升，因此本发明在总透光率保持不变情况下使两种成分协同增效从而获得更高的降低热辐射的冷却效果。
由实施例1与对比例3性能测试结果对比可看出，硅烷偶联剂的加入使聚碳酸酯、近红外吸收剂和隔热剂迅速形成基团，进一步使协同作用显著增强，同时对隔热冷却作用起到增容的效果。
而实施例4与实施例1对比结果可以看出，即使将冷却膜厚度增加到2mm，各项性能指标依然在标准范围内，而此厚度的冷却膜已经可以做为各种视窗玻璃单独使用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种母粒，其特征在于，包括以下重量份的组分：
聚碳酸酯 98~99份；
近红外吸收剂 0.5~1.5份；
隔热剂 0.1~0.3份；
偶联剂 0.05~0.2份；
其中，所述的近红外吸收剂为2-[3-[1，3-二氢-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基]-1-丙烯-1-基]-1，3-二甲基-1-（苯基甲基）-1H-苯并[e]吲哚鎓六氟膦酸盐(1-)；
所述的隔热剂为纳米钨酸铯粉，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
2.一种聚碳酸酯冷却膜，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：聚碳酸酯97%~98.5%，权利要求1所述的母粒1.5%~3%。
3.根据权利要求2所述的一种聚碳酸酯冷却膜的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
1）、制备母粒：
按重量份将聚碳酸酯、近红外吸收剂、隔热剂及偶联剂混合、搅拌，然后将所得混合物料抽入挤出机中，加热至熔融温度、得流动状态物料，将流动状态物料冷却、固化、挤出，经切粒机切粒，制成母粒；
2）、膜成型工艺，包括以下子步骤：
将母粒和聚碳酸酯分别投入干燥仓中干燥；
将干燥后的母粒和聚碳酸酯按质量百分比称取，抽入混料系统加热混合，经混料系统后出料、拉膜，再经三辊压延定型，即得聚碳酸酯冷却膜。
4.根据权利要求3所述的一种聚碳酸酯冷却膜的制备方法，其特征在于：步骤1）所述抽入使用的设备为真空泵，抽入压力3MPa。
5.据权利要求3所述的一种聚碳酸酯冷却膜的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的母粒含水率小于等于200ppm；步骤2）所述干燥后的母粒和干燥后聚碳酸酯的含水率均小于等于75ppm。
6.根据权利要求3所述的一种聚碳酸酯冷却膜的制备方法，其特征在于：步骤2）所述干燥的具体操作为：母粒干燥温度115~120℃、干燥时间4~5小时；聚碳酸酯干燥温度120~125℃、时间4~5小时。
7.根据权利要求3所述的一种聚碳酸酯冷却膜的制备方法，其特征在于：步骤2）所述混料系统的工艺参数为：螺杆温度205~275℃、换网器255℃、计量泵265℃、连接体265℃、模头255~285℃，三辊压延定型温度115~138℃。
8.根据权利要求3所述的一种聚碳酸酯冷却膜的制备方法，其特征在于：所述的聚碳酸酯冷却膜的厚度为0.8mm~1.5mm或2~12mm。
9.根据权利要求2所述的一种聚碳酸酯冷却膜的应用，其特征在于：在制备玻璃贴膜或透明隔热板中的应用。
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