CN111690331A - 基于光子准晶材料的透明隔热防紫外线薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于薄膜材料技术领域,具体为基于光子准晶材料的透明隔热防紫外线复合薄膜及其制备方法。本发明复合薄膜结构为透明基底层、光子准晶功能薄膜层、粘合剂层和可剥离层;光子准晶薄膜由三维有序堆积排列的聚合物核壳结构微球与红外功能纳米粒子通过特定工艺形成,拥有可调的结构色彩和光学透明性。可通过调控核壳微球的核微球大小、壳层厚度、折光指数以及红外功能纳米粒子含量来调控薄膜的结构色彩、透明度以及阻隔紫外及红外的波长范围,也可通过调控厚度来控制紫外及红外的阻隔效率。本发明形成的复合薄膜,紫外光阻隔效率高,可见光透过率大,隔热效果好,具有优异的透明隔热防紫外线及防爆性能;可用于汽车及建筑玻璃的节能及防爆等。
Description
技术领域
本发明属于薄膜材料技术领域,具体涉及一种透明隔热防紫外线薄膜及其制备方法。
背景技术
出于美观和有效利用日光等功能方面的原因,玻璃越来越多的应用于建筑领域和汽车行业,但有时其良好的透光性也使得太阳光照过强,带来一系列的问题。我们知道,到达地球表面的太阳光主要由红外光、可见光和紫外光组成,其中,辐射热量主要集中在可见光区和红外光区。另外,紫外光具有很高的能量,适量的紫外光有益于身体健康,但过强的紫外辐射容易伤害眼睛和皮肤并诱发疾病;紫外照射还是多数聚合物材料户外老化的最大诱因,导致性能下降,影响相关日常用品及工具的使用寿命。
为了降低能耗、减少紫外线损伤,提高日用品及交通工具的使用寿命,目前有大量的研究聚焦于具有隔热和紫外屏蔽功能的聚合物复合材料薄膜(中国发明专利CN109837033A;CN110654093A;CN 106117575 A)。透明隔热防爆薄膜是在车辆玻璃或建筑玻璃上贴一层功能薄膜,在不减少玻璃有效面积的前提下,可以通过提高玻璃的阻隔性能来达到节能和防紫外线的目的。相比于镀膜热反射玻璃(强反射,光污染)和真空玻璃(密封要求高,造价贵),玻璃贴膜主要将红外和紫外屏蔽材料制备成膜贴在玻璃表面,这种技术能够很好地解决玻璃隔热和紫外线屏蔽问题,并且应用灵活,但是该类薄膜目前造价仍然很高,难于广泛应用。
因此,在本领域急需一种透明隔热防紫外线防爆薄膜制备技术的突破,解决其大规模应用的性价比问题。
发明内容
针对目前该领域的现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种基于光子准晶特性的,透明度高、隔热效果好、防紫外能力强、耐候性好、成本低的透明隔热防紫外线复合薄膜及其制备方法。
本发明提供的基于光子准晶材料的透明隔热防紫外线复合薄膜,具有红外功能纳米粒子掺杂的有序堆积排列的聚合物微球形成的光子准晶结构,结构色彩和透明度可调,具有优异的隔热、防紫外和防爆性能。
本发明提供的基于光子准晶材料的透明隔热防紫外线复合薄膜,依次为透明基材层、光子准晶功能薄膜层、粘合剂层和可剥离保护层;所述光子准晶薄膜是由规整堆积排列的聚合物核壳结构微球与红外功能纳米粒子通过特定的加工工艺形成的,拥有大范围可调的结构色彩和光学透明性,具有优异的透明隔热防紫外线能力;其中:
所述透明基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜或表面涂有硬化涂层的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜;
所述粘合剂层为聚丙烯酸酯类粘合剂,用于粘合光子准晶功能薄膜层和可剥离层,并用于后期与玻璃的直接贴合;
所述光子准晶功能薄膜层由两种材料复合而成,一种是核壳结构聚合物纳米微球,包括核微球、中间层和壳层,设核微球折光指数为n1,壳层折光指数为n2;另一种材料是具有红外功能(即红外吸收能力)的纳米粒子;两种材料按一定比例混合,通过薄膜成型工艺,使折光指数为n1的核微球在三维空间内有序排列在折光指数为n2的壳层形成的基质薄膜中;同时,红外功能纳米粒子分散在壳层形成的基质薄膜中,得到光子准晶功能薄膜。其中:
所述核微球的折光指数n1和壳微球的折光指数n2的差异在0.01~1.5之间;优选的,折光指数差异在0.1~1.2之间;更加优选地,折光指数差异在0.3~0.5之间;
所述光子准晶功能薄膜中,可以通过调整折光指数为n1的核材料和折光指数为n2的壳材料的折光指数,改变光子准晶功能薄膜的透明性及阻隔紫外光的效率;也可以通过改变光子晶体材料内规则排列的微球的尺寸,控制光子准晶功能薄膜的透明性及阻隔紫外光的效率;也可以通过改变功能纳米粒子排列的有序度,改变光子准晶功能薄膜的颜色和透明度,从而达到调变外观状态效果;也可以通过改变功能纳米粒子的含量,改变光子准晶功能薄膜的红外形阻隔效率。
本发明中,所述核壳结构纳米微球中,核微球的尺寸为40~300纳米,中间层厚度5~50纳米,壳层厚度为50~500纳米,核壳微球的多分散性指数(PDI)小于0.15。
本发明中,为了获得理想的紫外光阻隔效果,核微球具有40nm至300nm的平均粒径;优选的,平均粒径为50nm至200nm;更加优选地,平均粒径为60nm至150nm;进一步优选地,平均粒径为80nm至120nm。
本发明中,红外功能纳米粒子是一类具有良好红外吸收能力的无机纳米粒子,包括铯钨青铜、氧化锡锑、氧化铟锡和硫化锌等,优选铯钨青铜。
本发明中,红外功能纳米粒子与核壳微球的质量比例在1:100至1:2之间;优选地,功能纳米粒子与核壳微球的质量比例在1:50至1:4之间;更优选地,质量比例在1:25至1:10之间。
本发明中,所述核微球材料选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙二醇二丙烯酸酯和二乙烯基苯单体的聚合物;所述壳层材料为聚丙烯酸酯共聚物;其中,聚丙烯酸酯类材料的单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯的其中一种或几种;通过调控聚丙烯酸酯类单体的组成可以调控壳层聚合物的玻璃化温度,满足实际的加工要求;所述中间层是交联的聚合物层,中间层的交联通过二官能或多官能单体发生。
本发明中,所述壳层由热塑性聚合物形成,在薄膜材料加工过程中,核微球可以良好的保持自身结构的稳定性,此性能可以通过使用具有高玻璃化转变温度的聚合物材料或通过交联来实现。
本发明中,所述核微球和功能纳米粒子以密堆积的方式分散于壳层形成的基质材料中;优选地,所述核微球和功能纳米粒子以均匀层状堆积的方式分散于壳层形成的基质材料中,形成准晶结构。
本发明中,所述光子准晶薄膜材料中,还包含助剂和添加剂,这些组分用来提供材料所需的特定性能;所述助剂和添加剂为UV稳定剂、成膜剂、光固化剂、流平剂、脱模剂和粘度调节剂中一种或几种。
本发明中,所述光子晶体薄膜的厚度为10μm~600μm。
本发明中,所述透明基材厚度为50μm~150μm。
本发明中,所述粘合剂胶层的厚度为20μm~125μm。
本发明中,所述可剥离层为透明PET离型膜。
本发明的基于光子准晶材料的透明隔热防紫外线复合薄膜的制备方法,具体步骤为:
包括:在透明基材上制备光子准晶功能薄膜,再涂复粘合剂胶层,最后贴合透明PET离型膜;其中,光子准晶功能薄膜制备过程为:
(1)红外功能纳米粒子水性分散体(亦称浆料)的制备
将红外功能纳米粒子粉体、水性分散剂和水混合,经球磨制备得到功能纳米粒子的水性稳定分散体,具体是取30~50质量份的功能纳米粒子粉体,0.1~3质量份分散剂和50~70质量份的水搅拌均匀,然后泵入砂磨机中研磨3~5小时,得到红外功能纳米粒子浆料;
(2)核壳微球的制备
采用多步乳液聚合法制备(Nanoscale,2019,11, 20015-2002),得到的核壳微球乳液在室温下可以稳定一年以上;
(3)然后将上述制备的红外功能纳米粒子浆料加入到核壳微球乳液中,混合均匀,得到预制乳液分散料;其中,功能纳米粒子与核壳微球的比例在1:100至1:2之间;优选地,功能纳米粒子与核壳微球的比例在1:50至1:4之间;更加优选地,功能纳米粒子与核壳微球的比例在1:25至1:10之间;
(4)将乳液分散料通过辊涂、喷涂或刮涂的方式,均匀涂敷在透明基底上;
(5)最后在机械力的作用下使功能纳米粒子和核微球在壳层形成的基质材料中完成合适的排列;其加工温度比核壳微球的壳材料的玻璃化转变温度高40~70℃。
本发明中,所述机械力作用可以采用已知的聚合物加工过程的常用设备及特殊加工设备。例如,单轴压制,双轴压延或层压加工等;优选地,利用单轴压制制备光子晶体膜。具体过程如下:将均匀涂敷了预制乳液分散料的透明基底,通过长度20~60米、温度80℃的烘道烘干,得到一定宽度和厚度的聚合物薄膜,通常为0.5~1.8米宽,10~600微米厚,然后,在其上面覆盖一层离型PET膜,可以剥离。接下来,经过微应力辊压使其平整贴合,速度在1~50米/分钟之间,然后以1~10米/分钟速度经过单轴震荡剪切规整设备,使核微球和功能纳米粒子按要求结构排列在壳层形成的连续基质中,形成光子准晶层,厚度为10~600微米之间;压制温度根据壳层的玻璃化温度调节,一般高于壳层玻璃化温度40~70℃,最后收卷即得到光子准晶功能薄膜。
最后,揭去PET离型膜,在光子准晶功能层表面按上述方法涂敷一层聚丙烯酸酯水性胶粘剂涂层,烘干并覆盖PET离型膜,经过微应力辊使PET离型膜贴合,速度在10~60米/分钟之间,最后得到透明隔热防紫外线光子准晶薄膜。
本发明提供的基于光子准晶材料的透明隔热防紫外线薄膜,可以通过改变核壳微球结构和功能纳米粒子添加量来改变薄膜的透明性、隔热和阻挡紫外线的效率,紫外光的屏蔽率可达99%,可见光区透光率可以达到80%以上,隔热率达到50~85%,具有优异的透明隔热防紫外线性能;可用于汽车及建筑玻璃的节能及防爆。
附图说明
图1为本发明新型光子准晶透明隔热防紫外线薄膜的结构示意图。
图2为刮涂法制备光子准晶透明隔热防紫外线薄膜的紫外可见光谱。
图中标号:1为透明基材层,2为光子准晶功能薄膜层,3为粘合剂层,4为可剥离保护层。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对上述方案进行进一步说明,以使本发明的优点和特点被本领域的相关技术人员更好得理解。应理解为,在不脱离本发明实施例原理的前提下,所述实施例仅帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种基于光子准晶材料的透明隔热防紫外线薄膜,如图1所示,包括透明基材层、光子准晶功能薄膜层、粘合剂层和可剥离保护层;
其中,透明基材为PET膜,厚度为150微米;光子准晶功能薄膜层由粒径为280纳米的核壳微球和粒径为90纳米铯钨青铜颗粒的组成的光子晶体薄膜,厚度150微米;
光子准晶功能薄膜层是通过辊涂的方法涂敷在透明PET基底上,然后通过单轴压制规整薄膜中的核微球和功能纳米粒子,得到光子准晶功能薄膜层;
然后在光子准晶功能薄膜层上面涂敷聚丙烯酸酯粘合剂层,贴合离型PET后,进行压合,得到透明隔热防紫外线复合薄膜。
所述透明隔热防紫外线复合薄膜的制备过程如下:
(1)制备单分散的核壳聚合物乳液
具体方法如下:将10L玻璃反应釜的传热介质加热到85℃。称取1.5g十二烷基硫酸钠、2800g去离子水、4g乙二醇二丙烯酸酯和36g苯乙烯单体,放于烧杯中,用磁力搅拌至均匀分散液,加入到反应釜中,搅拌60rpm, 待乳液温度升到85℃后加入引发剂引发聚合反应。引发剂现配现用:称取2.5 g 过硫酸钠于离心管中,加入30mL去离子水摇晃溶解后加入到反应釜中,加入后大约两分钟出现蓝色乳光,说明有粒子生成,反应开始。继续反应20min, 即得到聚苯乙烯种子乳液;
称取6.4 g 十二烷基硫酸钠、6 g Dowfax 2A1、1200 g 去离子水、4g氢氧化钠、70g乙二醇二丙烯酸酯和700 g 苯乙烯单体,放于锥型瓶中,在磁力搅拌下配成单体乳液,记为ME1,并维持乳液搅拌状态。称取2.5 g 过硫酸钠于离心管中,加入30 mL去离子水摇晃溶解后加入ME1中。用计量泵将ME1以10mL/min的滴加速度加入到聚苯乙烯种子乳液中,维持反应温度85℃。乳液逐渐变白,滴加结束后,保温30分钟,即得到聚苯乙烯微球乳液;
称取2.5 g 过硫酸钠溶于30mL水中,加入到单体乳液ME2中。ME2由1g十二烷基硫酸钠、320g去离子水、2.5 g Dowfax 2A1,、250 g 丙烯酸乙酯和30g甲基丙烯酸烯丙酯配置而成,并维持单体乳液搅拌状态。以14mL/min 的速度滴加ME2。滴完85oC保温15min,然后以14mL/min 的速度滴加单体乳液ME3。ME3由5.5 g十二烷基硫酸钠、2.5g氢氧化钠、3 g Dowfax2A1、1260g去离子水、1400 g 丙烯酸丁酯配置而成。滴完保温1h后保持搅拌冷却至室温即完成反应,用325目滤布过滤即得到核壳微球乳液。得到的聚合物微球尺寸为280nm, 微球的多分散指数PDI为0.08;
(2)制备预制乳液分散料
首先制备功能纳米粒子水性分散体(亦称浆料)。方法是将功能纳米粒子粉体、水性分散剂和水混合,经球磨制备得到功能纳米粒子的水性稳定分散体。称取800g粒径为90纳米的铯钨青铜粉体、50g水性超分散剂Solsperse 46000和1000g去离子水,高速分散均匀,然后泵入砂磨机中研磨5小时,得到红外功能纳米粒子浆料。然后,称取70g红外功能纳米粒子浆料与1000g核壳微球乳液混合,搅拌均匀,即得到了用于制备光子准晶功能薄膜层的预制乳液分散料;
(3)制备透明隔热防紫外线复合薄膜
利用上步制备的预制乳液分散料,根据需要加入适量助剂,如UV稳定剂、光固化剂,成膜剂和流平剂,然后通过粘度调节剂调节上述预制乳液分散料的粘度调整到50~80里泊(cP),通过辊涂方法将上述配制好的预制乳液分散料均匀涂敷在PET基膜上,然后通过25米长的80℃烘道烘干,得到宽度1米厚度150微米的聚合物薄膜(根据需要可以多次涂敷达到目标厚度)。然后,将其上层覆盖离型PET膜,经过微应力辊压,使复合膜结构平整,速度在30米/分钟;接下来,以5米/分钟速度经过单轴震荡剪切规整化设备,使核微球和功能纳米粒子按要求结构排列在壳层形成的连续基质中,形成光子准晶层,厚度为150微米左右,压制温度80℃,最后收卷即可制备得到光子准晶功能层。
揭去上层PET离型膜,将市售乳液型聚丙烯酸酯粘合剂的粘度调整到工艺要求粘度,然后通过刮涂方法将乳液型聚丙烯酸酯粘合剂涂敷在上面制备好的PET支撑的光子准晶功能层上,然后通过20米长的80℃烘道烘干,得到宽度1米厚度50微米的粘合剂层,并复合在光子准晶层上面。然后,在上述三层结构薄膜上面覆盖离型PET膜,经过微应力辊压,使复合薄膜结构平整,辊压速度在50米/分钟,最后得到透明隔热防紫外线光子准晶薄膜。
该薄膜的紫外光的屏蔽率99%,可见光区透光率可以达到85%,隔热率达到73%,具有优异的透明隔热防紫外线性能。薄膜的紫外可见光谱见图2。
实施例2
所述的透明隔热防紫外线薄膜结构同实施例1,具体制备过程如下:
(1)制备单分散的核壳聚合物乳液
采用与实施例1相同的实验步骤,在第一步配方中,十二烷基硫酸钠的加入量改为1.80克制备种子乳液,然后经逐步聚合物得到核壳乳液,最终产物聚合物微球尺寸为252nm, 微球的多分散指数PDI为0.12;
(2)制备预制乳液分散料
采用与实施例1相同的实验步骤制备功能纳米粒子水性浆料,然后将50g红外功能纳米粒子浆料与1000g核壳微球乳液混合,搅拌均匀,即得到了用于制备光子准晶功能薄膜层的预制乳液分散料;
(3)制备透明隔热防紫外线复合薄膜
利用上步制备的预制乳液分散料,加入适量UV稳定剂、光固化剂,成膜剂和流平剂,然后通过粘度调节剂调节上述预制乳液分散料的粘度500~800里泊(cP),通过刮涂方法将上述配制好的预制乳液分散料均匀涂敷在PET基膜上,然后通过45米长的80℃烘道烘干,得到宽度1米厚度300微米的聚合物薄膜(根据实际情况可以多次涂敷,增加厚度)。然后,将其上层覆盖离型PET膜,经过微应力辊压,使复合膜结构平整,速度在30米/分钟;接下来,以4米/分钟速度经过单轴震荡剪切规整化设备,使核微球和功能纳米粒子按要求结构排列在壳层形成的连续基质中,形成光子准晶层,厚度为300微米左右,压制温度80℃,最后收卷即可制备得到光子准晶功能层。
PET离型膜的复合同实施例1,得到透明隔热防紫外线光子准晶薄膜的紫外光的屏蔽率99%,可见光区透光率可以达到81%,隔热率达到83%,具有优异的透明隔热防紫外线性能。
实施例3
所述的透明隔热防紫外线薄膜结构同实施例1,具体制备过程如下:
(1)制备单分散的核壳聚合物乳液
采用与实施例1相同的实验步骤,在第一步配方中,十二烷基硫酸钠的加入量改为2.10克制备种子乳液,然后经逐步聚合物得到核壳乳液,的聚合物微球尺寸为231nm, 微球的多分散指数PDI为0.10;
(2)制备预制乳液分散料
采用与实施例1相同的实验步骤制备功能纳米粒子水性浆料,然后将60g红外功能纳米粒子浆料与1000g核壳微球乳液混合,搅拌均匀,即得到了用于制备光子准晶功能薄膜层的预制乳液分散料;
(3)制备透明隔热防紫外线复合薄膜
利用上步制备的预制乳液分散料,加入适量UV稳定剂、光固化剂,成膜剂和流平剂,然后通过粘度调节剂调节上述预制乳液分散料的粘度40~80里泊(cP),通过喷涂方法将上述配制好的预制乳液分散料均匀涂敷在PET基膜上,然后通过25米长的80℃烘道烘干,得到宽度1米厚度100微米的聚合物薄膜(根据实际情况可以多次涂敷,增加厚度)。然后,将其上层覆盖离型PET膜,经过微应力辊压,使复合膜结构平整,速度在35米/分钟;接下来,以6米/分钟速度经过单轴震荡剪切规整化设备,使核微球和功能纳米粒子按要求结构排列在壳层形成的连续基质中,形成光子准晶层,厚度为100微米左右,压制温度80℃,最后收卷即可制备得到光子准晶功能层。
PET离型膜的复合同实施例1,得到透明隔热防紫外线光子准晶薄膜的紫外光的屏蔽率99%,可见光区透光率可以达到87%,隔热率达到68%,具有优异的透明隔热防紫外线性能。
实施例4
所述的透明隔热防紫外线薄膜结构同实施例1,具体制备过程如下:
(1)制备单分散的核壳聚合物乳液
制备单分散的核壳聚合物乳液同实施例1;
(2)制备预制乳液分散料
采用与实施例1相同的实验步骤,制备功能纳米粒子浆料采用纳米粒子复合配方,具体为:铯钨青铜:氧化锡锑:氧化铟锡=2:1:1,配好浆料后,将75g红外功能纳米粒子浆料与1000g核壳微球乳液混合,搅拌均匀,即得到了用于制备光子准晶功能薄膜层的预制乳液分散料;
(3)制备透明隔热防紫外线复合薄膜
制备步骤与实施例1相同,得到透明隔热防紫外线光子准晶薄膜的紫外光的屏蔽率99%,可见光区透光率可以达到82%,隔热率达到71%,具有优异的透明隔热防紫外线性能。
实施例5
所述的透明隔热防紫外线薄膜结构同实施例1,具体制备过程如下:
(1)制备单分散的核壳聚合物乳液
制备单分散的核壳聚合物乳液同实施例1;
(2)制备预制乳液分散料
采用与实施例1相同的实验步骤,制备功能纳米粒子浆料采用纳米粒子复合配方,具体为:铯钨青铜:硫化锌:氧化铟锡=1:1:1,配好浆料后,将65g红外功能纳米粒子浆料与1000g核壳微球乳液混合,搅拌均匀,即得到了用于制备光子准晶功能薄膜层的预制乳液分散料;
(3)制备透明隔热防紫外线复合薄膜
制备步骤与实施例1相同,得到透明隔热防紫外线光子准晶薄膜的紫外光的屏蔽率99%,可见光区透光率可以达到81%,隔热率达到72%,具有优异的透明隔热防紫外线性能。
实施例6
所述的透明隔热防紫外线薄膜结构同实施例1,具体制备过程如下:
(1)制备单分散的核壳聚合物乳液
制备单分散的核壳聚合物乳液同实施例1;
(2)制备预制乳液分散料
采用与实施例1相同的实验步骤,制备功能纳米粒子浆料配方采用纳米氧化铟锡代替铯钨青铜,配好浆料后,将60g红外功能纳米粒子浆料与1000g核壳微球乳液混合,搅拌均匀,即得到了用于制备光子准晶功能薄膜层的预制乳液分散料;
(3)制备透明隔热防紫外线复合薄膜
制备步骤与实施例1相同,得到透明隔热防紫外线光子准晶薄膜的紫外光的屏蔽率99%,可见光区透光率可以达到83%,隔热率达到69%,具有优异的透明隔热防紫外线性能。
Claims (10)
1.一种基于光子准晶材料的透明隔热防紫外线薄膜,其特征在于,依次为透明基底层、光子准晶功能薄膜层、粘合剂层和可剥离保护层;所述光子准晶薄膜由规整堆积排列的聚合物核壳结构微球与红外功能纳米粒子通过特定的加工工艺形成,拥有大范围可调的结构色彩和光学透明性,具有优异的透明隔热防紫外线能力;其中:
所述透明基底层材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或表面涂有硬化涂层的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜;
所述粘合剂层为聚丙烯酸酯类粘合剂,用于粘合光子准晶功能薄膜层和可剥离层,并用于后期与玻璃的直接贴合;
所述光子准晶功能薄膜层由两种材料复合而成,一种是核壳结构聚合物纳米微球,包括核微球、中间层和壳层,设核微球折光指数为n1,壳层折光指数为n2;另一种材料是具有红外功能的纳米粒子;两种材料混合,通过薄膜成型工艺,使折光指数为n1的核微球在三维空间内有序排列在折光指数为n2的壳层形成的基质薄膜中;同时,红外功能纳米粒子分散在壳层形成的基质薄膜中,得到光子准晶功能薄膜;其中:
所述核微球的折光指数n1和壳微球的折光指数n2的差异在0.01~1.5之间;
所述光子准晶功能薄膜中,通过调整折光指数为n1的核材料和折光指数为n2的壳材料的折光指数,改变光子准晶功能薄膜的透明性及阻隔紫外光的效率;通过改变光子晶体材料内规则排列的微球的尺寸,控制光子准晶功能薄膜的透明性及阻隔紫外光的效率;通过改变功能纳米粒子排列的有序度,改变光子准晶功能薄膜的颜色和透明度,从而达到调变外观状态效果;通过改变功能纳米粒子的含量,改变光子准晶功能薄膜的红外形阻隔效率。
2.根据权利要求1所述的透明隔热防紫外线薄膜,其特征在于,所述核壳结构纳米微球中,核微球的尺寸为40~300纳米,中间层厚度为5~50纳米,壳层厚度为50~500纳米,核壳微球的多分散性指数(PDI)小于0.15。
3.根据权利要求1所述的透明隔热防紫外线薄膜,其特征在于,红外功能纳米粒子是一类具有良好红外吸收能力的无机纳米粒子,选自铯钨青铜、氧化锡锑、氧化铟锡和硫化锌。
4.根据权利要求1所述的透明隔热防紫外线复合薄膜,其特征在于,红外功能纳米粒子与核壳微球的质量比例在1:100至1:2之间。
5.根据权利要求1所述的透明隔热防紫外线薄膜,其特征在于,所述核微球材料选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙二醇二丙烯酸酯和二乙烯基苯单体的聚合物;所述壳层材料为聚丙烯酸酯共聚物;其中,聚丙烯酸酯类材料的单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯的其中一种或几种;通过调控聚丙烯酸酯类单体的组成可以调控壳层聚合物的玻璃化温度,满足实际的加工要求;所述中间层是交联的聚合物层,中间层的交联通过二官能或多官能单体发生。
6.根据权利要求1所述的透明隔热防紫外线薄膜,其特征在于,所述核微球和功能纳米粒子以密堆积的方式分散于壳层形成的基质材料中;优选地,所述核微球和功能纳米粒子以均匀层状堆积的方式分散于壳层形成的基质材料中,形成准晶结构。
7.根据权利要求1所述的透明隔热防紫外线复合薄膜,其特征在于,所述光子准晶薄膜材料中,还包含助剂和添加剂,这些组分用来提供材料所需的特定性能;所述助剂和添加剂为UV稳定剂、成膜剂、光固化剂、流平剂、脱模剂和粘度调节剂中一种或几种。
8.根据权利要求1所述的透明隔热防紫外线薄膜,其特征在于,所述光子晶体薄膜的厚度为10μm~600μm;所述透明基底层厚度为50μm~150μm;所述粘合剂胶层的厚度为20μm~125μm;所述可剥离层为透明PET离型膜。
9.一种如权利要求1所述的透明隔热防紫外线薄膜的制备方法,其特征在于,具体步骤为:
在透明基底上制备光子准晶功能薄膜,再涂复粘合剂胶层,最后贴合透明PET离型膜;其中,光子准晶功能薄膜制备过程包括:
(1)红外功能纳米粒子水性分散体亦称浆料的制备
将红外功能纳米粒子粉体、水性分散剂和水混合,经球磨制备得到功能纳米粒子的水性稳定分散体,具体是取30~50质量份的功能纳米粒子粉体,0.1~3质量份分散剂和50~70质量份的水搅拌均匀,然后泵入砂磨机中研磨3~5小时,得到红外功能纳米粒子浆料;
(2)核壳微球的制备
采用多步乳液聚合法制备,得到的核壳微球乳液在室温下可以稳定一年以上;
(3)然后将上述制备的红外功能纳米粒子浆料加入到核壳微球乳液中,混合均匀,得到预制乳液分散料;其中,功能纳米粒子与核壳微球的比例在1:100至1:2之间;
(4)将乳液分散料通过辊涂、喷涂或刮涂的方式,均匀涂敷在透明基底上;
(5)最后在机械力的作用下使功能纳米粒子和核微球在壳层形成的基质材料中完成合适的排列;得到光子准晶功能薄膜,其加工温度比核壳微球的壳材料的玻璃化转变温度高40~70℃。
10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述机械力作用包括单轴压制,双轴压延或层压加工;具体过程为:将均匀涂敷了预制乳液分散料的透明基底,通过长度20~60米、温度为80℃的烘道,烘干,得到宽度为0.5~1.8米、厚度为10~600微米的聚合物薄膜;然后,在其上面覆盖一层离型PET膜;经过微应力辊压使其平整贴合,速度控制在1~60米/分钟之间;然后以1~10米/分钟速度经过单轴震荡剪切规整设备,使核微球和红外功能纳米粒子按要求结构排列在壳层形成的连续基质材料中,形成光子准晶层,厚度为10~600微米之间;压制温度根据壳层的玻璃化温度调节,要求高于壳层玻璃化温度40~70℃;最后收卷即得到光子准晶功能薄膜。
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