CN115124254B - 一种防晒节能纳米恒温玻璃及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防晒节能纳米恒温玻璃及其制造方法，防晒节能纳米恒温玻璃包括玻璃基体以及涂覆在玻璃基体表面的防晒节能纳米涂层；其中，防晒节能纳米涂层按照重量份数计算，包括以下成分：82‑110份改性水性聚氨酯乳液，15‑25份纳米二氧化硅、12‑24份改性钒锑掺杂二氧化锡，2‑4份分散剂，0.6‑1.4份润湿剂，0.4‑0.7份成膜助剂和0.5‑1份消泡剂。本发明的优点在于除了对新建住宅的新门窗有隔热防晒的功能，还能够较为方便的改进现有建筑或者汽车中不隔热的玻璃，只需将本发明制备的隔热恒温涂液涂覆在普通玻璃上即可，不仅能够起到防晒恒温效果，还具有节约资源的有益效果，具有实际应用意义。

Description

一种防晒节能纳米恒温玻璃及其制造方法
技术领域
本发明涉及节能玻璃领域，特别涉及一种防晒节能纳米恒温玻璃及其制造方法。
背景技术
公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业材料。18世纪，为适应研制望远镜的需要，西欧制出了光学玻璃。1906年，美国制出平板玻璃引上机后，随着玻璃生产的工业化和规模化，各种用途和各种性能的玻璃相继问世。现如今，玻璃作为建筑业中重要的材料，使用量飞速提升。人们对玻璃的要求，已不仅仅是停留在其外观上，挡风防寒只是其基础功能，而玻璃的热量控制、制冷成本和内部阳光投射舒适平衡等成为了技术研发的新主题。
建筑物中通过门窗散失的热量约占整个建筑物采暖或制冷能耗的50％，而通过玻璃流失的热量约占整个窗户流失热量的80％，降低经玻璃流失的热量成为了建筑节能中的重要环节。所以，兼具优秀的采光性能与保温防晒性能的建筑玻璃一直是行业内的一大研究热点。
目前，对于新建住宅的新门窗以及原有建筑中的旧窗往往都没有隔热防晒的功能，而对于既有建筑中的普通玻璃进行节能改造的办法也只有两种选择：一是拆掉原有的玻璃换上节能玻璃，该方式不仅花费高昂，而且造成大量资源浪费；二是对原有玻璃进行节能升级，但是目前对于玻璃升级所使用的涂料的防晒保温性较差，无非满足需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种防晒节能纳米恒温玻璃及其制造方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，本发明提供一种防晒节能纳米恒温玻璃，包括玻璃基体以及涂覆在玻璃基体表面的防晒节能纳米涂层；其中，防晒节能纳米涂层按照重量份数计算，包括以下成分：
82-110份改性水性聚氨酯乳液，15-25份纳米二氧化硅、12-24份改性钒锑掺杂二氧化锡，2-4份分散剂，0.6-1.4份润湿剂，0.4-0.7份成膜助剂和0.5-1份消泡剂；
其中，改性钒锑掺杂二氧化锡是通过使用有机金属框架材料对钒锑掺杂二氧化锡进行改性后得到。
优选地，所述改性水性聚氨酯乳液是通过改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200、丙酮和去离子水混合后，再脱去丙酮后得到。
优选地，所述改性水性聚氨酯乳液的制备方法为：
将改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200与丙酮混合均匀，溶胀后，加入去离子水，以1000-2000 的速度高速剪切分散0.5h，然后除去丙酮，得到改性水性聚氨酯乳液；
其中，改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200、丙酮与去离子水的质量比是 1:0.03-0.07:0.2-0.6:1-1.4。
优选地，所述纳米二氧化硅的纯度≥99.95％，粒径为40-60nm。
优选地，所述分散剂为BYK-142、BYK-161、BYK-162、BYK-180、BYK-182中的至少一种。
优选地，所述润湿剂为迪高TEGO-270、迪高TEGO-245、迪高TEGO-500中的至少一种。
优选地，所述成膜助剂为醇酯-12、己二醇丁醚醋酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯EEP中的至少一种。
优选地，所述消泡剂为BYK-051、BYK-052、BYK-054、BYK-057、BYK-065、BYK-077、BYK-085、 BYK-088、BYK-141中的至少一种。
优选地，所述改性聚氨酯树脂的制备方法如下：
(1)将六亚甲基二胺与氟代碳酸乙烯酯混合于回流搅拌装置内，室温下搅拌混合均匀后，通入氮气作为保护气，升温至110-120℃，回流搅拌反应3-5h后，停止加热并至恢复至室温后倒入无水乙醇中，会有大量沉淀产生，收集沉淀，减压干燥后，得到双羟基氟代化合物；
其中，六亚甲基二胺与氟代碳酸乙烯酯的质量比是1.06-2.12:1.16；
(2)将双羟基氟代化合物置于反应容器内，升温至80-100℃，之后加入聚(ε-己内酯) 二醇，同时加入二氯化锡，通入惰性气体作为保护气，升温至150-170℃，保温反应3-5h，抽除气体至真空度为-0.05后，继续升温至180-220℃，保温保压反应16-24h，然后缓慢降至室温且恢复常压，即得到改性聚氨酯树脂；
其中，聚(ε-己内酯)二醇的分子量为1500-2000，双羟基氟代化合物与聚(ε-己内酯) 二醇的质量比是2.04:25-45；二氯化锡的加入量是双羟基氟代化合物质量的0.02％-0.08％。
优选地，所述钒锑掺杂二氧化锡的制备方法如下：
S1、将五水四氯化锡溶解在无水乙醇中，形成氯化锡溶液；其中，五水四氯化锡与无水乙醇的质量比是1:5-8；将三氯化锑和三氯化钒混合溶解在无水乙醇中，锑钒氯化盐溶液；其中，三氯化锑、三氯化钒与无水乙醇的质量比是2.1-2.5:1.4-1.8:15-20；
S2、在室温的条件下，将锑钒氯化盐溶液逐滴的加入至不断搅拌的氯化锡溶液内，搅拌混合均匀后，得到预处理反应液；其中，锑钒氯化盐溶液与氯化锡溶液的质量比是1.4-2.2:35；
S3、将预处理反应液装入搅拌仪器内，向搅拌仪器内通入氨气替换出空气，并开启搅拌，会逐渐有沉淀产生，在此期间持续不断地通入氨气，直至沉淀不再继续产生为止，停止通入氨气，静置20-40min后，过滤出沉淀，使用去离子水和乙醇依次洗涤三次，然后放入真空箱内干燥，最后将干燥后的产物粉碎成50-60nm纳米粉末，即得到预处理反应物；
S4、将预处理反应物放置在坩埚内，并将坩埚放在管式气氛炉内，设置升温速率为1-3℃ /min，升温至550-650℃，保温处理3-5h后，自然降温至室温，制备得到钒锑掺杂二氧化锡。
优选地，所述改性钒锑掺杂二氧化锡的制备方法如下：
P1、将六水硝酸锌混合至无水乙醇中，搅拌全部溶解，再加入硫脲和聚乙烯吡咯烷酮，混合搅拌均匀，之后加入钒锑掺杂二氧化锡，超声处理至均匀，得到第一混合液；其中，六水硝酸锌、硫脲、聚乙烯吡咯烷酮与无水乙醇的质量比是1.16-2.32:0.5-1:0.1-0.3:100，钒锑掺杂二氧化锡与无水乙醇的质量比是1:50-70；
将2-甲基咪唑混合至无水乙醇中，超声处理至均匀，得到第二混合液；其中，2-甲基咪唑与无水乙醇的质量比是0.6-0.8:100；
P2、将第一混合液与第二混合液在常温条件下搅拌混合，搅拌时间为8-12h，然后在常温条件下静置至少12h后，离心收取固体化合物，使用乙醇洗涤至少三次，真空箱内干燥，得到改性钒锑掺杂二氧化锡；其中，第一混合液与第二混合液的质量比是3.6-4.8:1。
第二方面，本发明提供一种防晒节能纳米恒温玻璃的制造方法，包括：
(1)将改性钒锑掺杂二氧化锡先与硅烷偶联剂混合至无水乙醇中，室温下分散处理1-2h，然后除去无水乙醇，得到改性钒锑掺杂二氧化锡处理物；
(2)将改性钒锑掺杂二氧化锡处理物、纳米二氧化硅与改性水性聚氨酯乳液混合，室温下分散均匀后，依次加入分散剂、润湿剂、成膜助剂和消泡剂，再次分散均匀后，得到防晒节能纳米涂液；
(3)将玻璃基体的表面清洁干净后，再将防晒节能纳米涂液在玻璃基体的表面涂覆，表干后，在110-130℃处理0.5h，得到防晒节能纳米恒温玻璃。
优选地，所述改性钒锑掺杂二氧化锡、硅烷偶联剂与无水乙醇的质量比是 1:0.02-0.04:10-50。
优选地，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β -甲氧乙氧基)硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
优选地，所述防晒节能纳米涂液在玻璃基体上的涂覆方法包括手动涂覆或机器涂覆，手动涂覆主要用于原有建筑中的旧窗，具体为：将制备得到的防晒节能纳米涂液通过海绵滚轮涂覆在玻璃基体的表面，涂覆过程为，先采用对角交叉滚动涂覆，再上下滚动涂覆，之后再左右滚动涂覆，最后由下往上滑动施涂，最终完成防晒节能纳米涂液涂覆在玻璃基体上。
优选地，对于新建住宅的新门窗可批量通过涂覆设备将所述防晒节能纳米涂液涂覆在玻璃基体上，所述涂覆设备包含机架，设于机架上的涂布装置和自动进退装置，机架内的输送装置、自动吸附装置和自动升降装置以及供液系统，且涂布装置、输送装置、自动吸附装置、自动升降装置、自动进退装置和供液系统分别与主控电路连接；所述的涂布装置包含激光涂布胶辊、左光面纹辊、右光面纹辊、镜面消纹辊、激光涂布胶辊电机、左光面纹辊电机、右光面纹辊电机；所述的激光涂布胶辊的左侧设置有左光面纹辊，右侧设置有右光面纹辊，左光面纹辊上连接有左光面纹辊电机，右光面纹辊上连接有右光面纹辊电机；所述的输送装置包含输送托辊、左张紧输送辊、右张紧输送辊、输送皮带、输送电机；所述激光涂布胶辊的下方设置有输送托辊，输送托辊的左侧设置有左张紧输送辊，右侧设置有右张紧输送辊，左张紧输送辊与右张紧输送辊通过输送皮带连接；所述的右张紧输送辊上连接有输送电机；所述的输送皮带上设置有自动吸附装置；所述的涂布装置的底部安装有自动升降装置；所述的左光面纹辊和右光面纹辊外侧分别设置有一个自动进退装置，两个自动进退装置对称设置；所述的供液系统包含蠕动泵、集料桶、供油管道、回油管道；所述的集料桶经蠕动泵与供油管道连接，供油管道的末端设置在激光涂布胶辊与左光面纹辊、右光面纹辊之间，左光面纹辊和右光面纹辊的两端设置有回油管道，回油管道与集料桶连接。涂覆设备的工作原理为：首先启动进退装置调节激光涂布胶辊与左光面纹辊、右光面纹辊至合适压紧距离，从而控制激光涂布胶辊所携带的纳米材料量，进而控制涂敷厚度；启动升降装置调节激光涂布胶辊与输送皮带距离适应于涂布玻璃工件厚度，调节镜面消纹辊激光涂布胶辊至合适压紧距离，通过控制激光涂布胶辊上的纳米材料量进而控制转移到玻璃工件上的膜层厚度，镜面消纹辊控制控制激光涂布胶辊与玻璃接触后产生的条纹，进而控制产品涂敷的均匀性；启动激光涂布胶辊电机，左光面纹辊电机，右光面纹辊电机，激光涂布胶辊与左光面纹辊、右光面纹辊做相对运动，开启供液系统中的蠕动泵，抽取集料桶中防晒节能纳米涂液送往涂布胶辊与光面纹辊夹缝中间，防晒节能纳米涂液即可均匀展布于涂布胶辊、光面纹辊、镜面消纹辊上；将加压贮稀释剂桶加压后调节液体流量计使稀释剂达到合适补偿的流量，即可保证镀膜材料浓度的稳定性，确保镀膜的长期的均匀稳定性。启动输送电机启动输送装置，当置于输送皮带上的平板玻璃工件通过激光涂布胶辊正下方时，激光涂布胶辊上的防晒节能纳米涂液就会均匀的转移到玻璃表面上，激光涂布胶辊与玻璃接触时会产生压痕，当压痕区域经过镜面消纹辊时，镜面消纹辊与激光涂布胶轮经过的挤压从而消除压痕，开始下一个涂覆动作，如此往复循环即实现平板玻璃的进料、自动涂敷、下料，关于涂覆设备的原理以及更具体的部分为现有技术，在专利CN201710112174.0均有描述，此处不再赘余。
本发明的有益效果：
本发明制备了一种具有隔热恒温性能的玻璃，该玻璃的隔热恒温功能主要依赖于玻璃表面的隔热恒温涂层。本发明的优点在于除了对新建住宅的新门窗有隔热防晒的功能，还能够较为方便的改进现有建筑或者汽车中不隔热的玻璃，只需将本发明制备的隔热恒温涂液涂覆在普通玻璃上即可实现隔热恒温的改造，不仅能够起到防晒恒温效果，还具有节约资源的有益效果，具有实际应用意义。
在现有技术中有一些使用聚氨酯以及氧化锡锑作为组合制作恒温涂层的方案，但是基于聚氨酯本身以及氧化锡锑的性能表现，在具体应用上仍然有很大的不足，比如氧化锡锑与聚氨酯的融合度问题，需要大量的加入氧化锡锑才能够实现较好的防晒；涂层的耐老化性较差，容易粉化，且耐酸碱性较差，无法用于特殊环境。
本发明针对上述问题，采用了针对聚氨酯与氧化锡锑的改进，首先关于聚氨酯方面，本发明使用氟代环状碳酸酯与含有双氨基的四亚甲基二胺结合反应生成双羟基氟代化合物，然后再使用双羟基氟代化合物与聚(ε-己内酯)二醇通过氨酯交换法反应生成改性聚氨酯树脂，在整个改性聚氨酯的合成过程中未加入异氰酸酯，不仅更加环保，而且由于使用制备的含有双氟封端的双羟基氟代化合物参与反应，使制备得到的改性聚氨酯的性能得到了一定提升。
其次，关于氧化锡锑方面，(1)本发明对常规的氧化锡锑进行改进，在其制备的过程中加入了金属钒，从而制备得到钒和锑共同掺杂的二氧化锡，事实上是将常规使用的锑部分替换为了钒，制备过程使用的是气液相共沉淀反应的方法。本发明优于常规的氧化锡锑的地方在于，制备过程中加入的金属钒不仅避免了单独掺杂锑的过程中可能导致的晶格缺陷和浓度淬灭的现象，而且钒的加入使得氧化锡锑的比表面积和孔容增大，钒相比较于锑具有更好的亲和性。因此，金属钒与金属锑同时掺杂至二氧化锡中制备的产物比常规的氧化锡锑具有更好的可分散性。(2)本发明使用锌盐作为金属离子与2-甲基咪唑作为配体制作了ZIFs金属有机框架材料，在制备过程中，加入了钒锑掺杂二氧化锡，从而制备得到了ZIFs改性的钒锑掺杂二氧化锡，目的之一是以ZIFs的笼形结构特征增强整体结构的比表面积，目的之二是 ZIFs的有机结构与有机体系的亲和性更好，从而增强了在有机材料中的分散性。此外，有机框架复合后的材料还具有更好的力学性能。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
氧化锡锑是锑掺杂的二氧化锡，其优点是具有优良的机械性能和热稳定性能，同时其还具有一定的可见光透过性和红外阻隔性，被广泛应用于塑料、气敏元件、塑料、涂料、纤维等材料中提高材料的综合性能。但是氧化锡锑在有机材料中分散性较差的缺陷一直限制了其使用，在现有技术中也有不少对其进行表面改性的方法，多数是通过硅烷偶联剂对其表面修饰，但是修饰的结果并不理想。经过研究发现，氧化锡锑的表面修饰改性相比较于二氧化硅或二氧化钛要难上很多，主要原因归结如下：一是氧化锡锑的比表面积相对较小且富含锑离子，同时锑离子较难与硅烷偶联剂成键，因此氧化锡锑表面的反应点不足以使其表面被完全包覆；二是因硅烷偶联剂无法渗入一些多孔表面，造成这部分的表面没有被包覆。因此，本发明从氧化锡锑的制备过程以及表面修饰过程均进行了改进处理，以改善其性能表现。
下面结合本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种防晒节能纳米恒温玻璃，包括玻璃基体以及涂覆在玻璃基体表面的防晒节能纳米涂层；其中，防晒节能纳米涂层按照重量份数计算，包括以下成分：
96份改性水性聚氨酯乳液，20份纳米二氧化硅、18份改性钒锑掺杂二氧化锡，3份分散剂，1.1份润湿剂，0.6份成膜助剂和0.8份消泡剂；
改性水性聚氨酯乳液是通过改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200、丙酮和去离子水混合后，再脱去丙酮后得到。
改性聚氨酯树脂的制备方法如下：
(1)将六亚甲基二胺与氟代碳酸乙烯酯混合于回流搅拌装置内，室温下搅拌混合均匀后，通入氮气作为保护气，升温至110℃，回流搅拌反应4h后，停止加热并至恢复至室温后倒入无水乙醇中，会有大量沉淀产生，收集沉淀，减压干燥后，得到双羟基氟代化合物；
其中，六亚甲基二胺与氟代碳酸乙烯酯的质量比是1.59:1.16；
(2)将双羟基氟代化合物置于反应容器内，升温至90℃，之后加入聚(ε-己内酯)二醇，同时加入二氯化锡，通入惰性气体作为保护气，升温至160℃，保温反应4h，抽除气体至真空度为-0.05后，继续升温至200℃，保温保压反应20h，然后缓慢降至室温且恢复常压，即得到改性聚氨酯树脂；
其中，聚(ε-己内酯)二醇的分子量为1500-2000，双羟基氟代化合物与聚(ε-己内酯) 二醇的质量比是2.04:35；二氯化锡的加入量是双羟基氟代化合物质量的0.05％。
改性水性聚氨酯乳液的制备方法为：将改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200与丙酮混合均匀，溶胀后，加入去离子水，以1000-2000rpm的速度高速剪切分散0.5h，然后除去丙酮，得到改性水性聚氨酯乳液；其中，改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200、丙酮与去离子水的质量比是1:0.05:0.4:1.2。
纳米二氧化硅的纯度≥99.95％，粒径为40-60nm；分散剂为BYK-142；润湿剂为迪高TEGO-270；成膜助剂为醇酯-12；消泡剂为BYK-051。
改性钒锑掺杂二氧化锡是通过使用有机金属框架材料对钒锑掺杂二氧化锡进行改性后得到。钒锑掺杂二氧化锡的制备方法如下：
S1、将五水四氯化锡溶解在无水乙醇中，形成氯化锡溶液；其中，五水四氯化锡与无水乙醇的质量比是1:6；将三氯化锑和三氯化钒混合溶解在无水乙醇中，锑钒氯化盐溶液；其中，三氯化锑、三氯化钒与无水乙醇的质量比是2.3:1.6:18；
S2、在室温的条件下，将锑钒氯化盐溶液逐滴的加入至不断搅拌的氯化锡溶液内，搅拌混合均匀后，得到预处理反应液；其中，锑钒氯化盐溶液与氯化锡溶液的质量比是1.8:35；
S3、将预处理反应液装入搅拌仪器内，向搅拌仪器内通入氨气替换出空气，并开启搅拌，会逐渐有沉淀产生，在此期间持续不断地通入氨气，直至沉淀不再继续产生为止，停止通入氨气，静置30min后，过滤出沉淀，使用去离子水和乙醇依次洗涤三次，然后放入真空箱内干燥，最后将干燥后的产物粉碎成50-60nm纳米粉末，即得到预处理反应物；
S4、将预处理反应物放置在坩埚内，并将坩埚放在管式气氛炉内，设置升温速率为2℃ /min，升温至600℃，保温处理4h后，自然降温至室温，制备得到钒锑掺杂二氧化锡。
改性钒锑掺杂二氧化锡的制备方法如下：
P1、将六水硝酸锌混合至无水乙醇中，搅拌全部溶解，再加入硫脲和聚乙烯吡咯烷酮，混合搅拌均匀，之后加入钒锑掺杂二氧化锡，超声处理至均匀，得到第一混合液；其中，六水硝酸锌、硫脲、聚乙烯吡咯烷酮与无水乙醇的质量比是1.74:0.8:0.2:100，钒锑掺杂二氧化锡与无水乙醇的质量比是1:60；
将2-甲基咪唑混合至无水乙醇中，超声处理至均匀，得到第二混合液；其中，2-甲基咪唑与无水乙醇的质量比是0.7:100；
P2、将第一混合液与第二混合液在常温条件下搅拌混合，搅拌时间为10h，然后在常温条件下静置至少12h后，离心收取固体化合物，使用乙醇洗涤至少三次，真空箱内干燥，得到改性钒锑掺杂二氧化锡；其中，第一混合液与第二混合液的质量比是4.2:1。
上述防晒节能纳米恒温玻璃的制造方法，包括：
(1)将改性钒锑掺杂二氧化锡先与乙烯基三乙氧基硅烷混合至无水乙醇中，室温下分散处理2h，然后除去无水乙醇，得到改性钒锑掺杂二氧化锡处理物；改性钒锑掺杂二氧化锡、硅烷偶联剂与无水乙醇的质量比是1:0.03:20。
(2)将改性钒锑掺杂二氧化锡处理物、纳米二氧化硅与改性水性聚氨酯乳液混合，室温下分散均匀后，依次加入分散剂、润湿剂、成膜助剂和消泡剂，再次分散均匀后，得到防晒节能纳米涂液；
(3)将玻璃基体的表面清洁干净后，再将防晒节能纳米涂液在玻璃基体的表面涂覆，表干后，在120℃处理0.5h，得到防晒节能纳米恒温玻璃。
实施例2
一种防晒节能纳米恒温玻璃，包括玻璃基体以及涂覆在玻璃基体表面的防晒节能纳米涂层；其中，防晒节能纳米涂层按照重量份数计算，包括以下成分：
82份改性水性聚氨酯乳液，15份纳米二氧化硅、12份改性钒锑掺杂二氧化锡，2份分散剂，0.6份润湿剂，0.4份成膜助剂和0.5份消泡剂；
改性水性聚氨酯乳液是通过改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200、丙酮和去离子水混合后，再脱去丙酮后得到。
改性聚氨酯树脂的制备方法如下：
(1)将六亚甲基二胺与氟代碳酸乙烯酯混合于回流搅拌装置内，室温下搅拌混合均匀后，通入氮气作为保护气，升温至110℃，回流搅拌反应3h后，停止加热并至恢复至室温后倒入无水乙醇中，会有大量沉淀产生，收集沉淀，减压干燥后，得到双羟基氟代化合物；
其中，六亚甲基二胺与氟代碳酸乙烯酯的质量比是1.06:1.16；
(2)将双羟基氟代化合物置于反应容器内，升温至80℃，之后加入聚(ε-己内酯)二醇，同时加入二氯化锡，通入惰性气体作为保护气，升温至150℃，保温反应3h，抽除气体至真空度为-0.05后，继续升温至180℃，保温保压反应16h，然后缓慢降至室温且恢复常压，即得到改性聚氨酯树脂；
其中，聚(ε-己内酯)二醇的分子量为1500-2000，双羟基氟代化合物与聚(ε-己内酯) 二醇的质量比是2.04:25；二氯化锡的加入量是双羟基氟代化合物质量的0.02％。
改性水性聚氨酯乳液的制备方法为：将改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200与丙酮混合均匀，溶胀后，加入去离子水，以1000-2000的速度高速剪切分散0.5h，然后除去丙酮，得到改性水性聚氨酯乳液；其中，改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200、丙酮与去离子水的质量比是1:0.03:0.2:1。
纳米二氧化硅的纯度≥99.95％，粒径为40-60nm；分散剂为BYK-161；润湿剂为迪高 TEGO-245；成膜助剂为己二醇丁醚醋酸酯；消泡剂为BYK-052。
改性钒锑掺杂二氧化锡是通过使用有机金属框架材料对钒锑掺杂二氧化锡进行改性后得到。钒锑掺杂二氧化锡的制备方法如下：
S1、将五水四氯化锡溶解在无水乙醇中，形成氯化锡溶液；其中，五水四氯化锡与无水乙醇的质量比是1:5；将三氯化锑和三氯化钒混合溶解在无水乙醇中，锑钒氯化盐溶液；其中，三氯化锑、三氯化钒与无水乙醇的质量比是2.1:1.4:15；
S2、在室温的条件下，将锑钒氯化盐溶液逐滴的加入至不断搅拌的氯化锡溶液内，搅拌混合均匀后，得到预处理反应液；其中，锑钒氯化盐溶液与氯化锡溶液的质量比是1.4:35；
S3、将预处理反应液装入搅拌仪器内，向搅拌仪器内通入氨气替换出空气，并开启搅拌，会逐渐有沉淀产生，在此期间持续不断地通入氨气，直至沉淀不再继续产生为止，停止通入氨气，静置20min后，过滤出沉淀，使用去离子水和乙醇依次洗涤三次，然后放入真空箱内干燥，最后将干燥后的产物粉碎成50-60nm纳米粉末，即得到预处理反应物；
S4、将预处理反应物放置在坩埚内，并将坩埚放在管式气氛炉内，设置升温速率为1℃ /min，升温至550℃，保温处理3h后，自然降温至室温，制备得到钒锑掺杂二氧化锡。
改性钒锑掺杂二氧化锡的制备方法如下：
P1、将六水硝酸锌混合至无水乙醇中，搅拌全部溶解，再加入硫脲和聚乙烯吡咯烷酮，混合搅拌均匀，之后加入钒锑掺杂二氧化锡，超声处理至均匀，得到第一混合液；其中，六水硝酸锌、硫脲、聚乙烯吡咯烷酮与无水乙醇的质量比是1.16:0.5:0.1:100，钒锑掺杂二氧化锡与无水乙醇的质量比是1:50；
将2-甲基咪唑混合至无水乙醇中，超声处理至均匀，得到第二混合液；其中，2-甲基咪唑与无水乙醇的质量比是0.6:100；
P2、将第一混合液与第二混合液在常温条件下搅拌混合，搅拌时间为8-12h，然后在常温条件下静置至少12h后，离心收取固体化合物，使用乙醇洗涤至少三次，真空箱内干燥，得到改性钒锑掺杂二氧化锡；其中，第一混合液与第二混合液的质量比是3.6:1。
上述防晒节能纳米恒温玻璃的制造方法，包括：
(1)将改性钒锑掺杂二氧化锡先与乙烯基三甲氧基硅烷混合至无水乙醇中，室温下分散处理1h，然后除去无水乙醇，得到改性钒锑掺杂二氧化锡处理物；改性钒锑掺杂二氧化锡、硅烷偶联剂与无水乙醇的质量比是1:0.02:10。
(2)将改性钒锑掺杂二氧化锡处理物、纳米二氧化硅与改性水性聚氨酯乳液混合，室温下分散均匀后，依次加入分散剂、润湿剂、成膜助剂和消泡剂，再次分散均匀后，得到防晒节能纳米涂液；
(3)将玻璃基体的表面清洁干净后，再将防晒节能纳米涂液在玻璃基体的表面涂覆，表干后，在110-130℃处理0.5h，得到防晒节能纳米恒温玻璃。
实施例3
一种防晒节能纳米恒温玻璃，包括玻璃基体以及涂覆在玻璃基体表面的防晒节能纳米涂层；其中，防晒节能纳米涂层按照重量份数计算，包括以下成分：
110份改性水性聚氨酯乳液，25份纳米二氧化硅、24份改性钒锑掺杂二氧化锡，4份分散剂，1.4份润湿剂，0.7份成膜助剂和1份消泡剂；
改性水性聚氨酯乳液是通过改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200、丙酮和去离子水混合后，再脱去丙酮后得到。
改性聚氨酯树脂的制备方法如下：
(1)将六亚甲基二胺与氟代碳酸乙烯酯混合于回流搅拌装置内，室温下搅拌混合均匀后，通入氮气作为保护气，升温至120℃，回流搅拌反应5h后，停止加热并至恢复至室温后倒入无水乙醇中，会有大量沉淀产生，收集沉淀，减压干燥后，得到双羟基氟代化合物；
其中，六亚甲基二胺与氟代碳酸乙烯酯的质量比是2.12:1.16；
(2)将双羟基氟代化合物置于反应容器内，升温至100℃，之后加入聚(ε-己内酯)二醇，同时加入二氯化锡，通入惰性气体作为保护气，升温至170℃，保温反应5h，抽除气体至真空度为-0.05后，继续升温至220℃，保温保压反应24h，然后缓慢降至室温且恢复常压，即得到改性聚氨酯树脂；
其中，聚(ε-己内酯)二醇的分子量为1500-2000，双羟基氟代化合物与聚(ε-己内酯) 二醇的质量比是2.04:45；二氯化锡的加入量是双羟基氟代化合物质量的0.08％。
改性水性聚氨酯乳液的制备方法为：将改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200与丙酮混合均匀，溶胀后，加入去离子水，以1000-2000rpm的速度高速剪切分散0.5h，然后除去丙酮，得到改性水性聚氨酯乳液；其中，改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200、丙酮与去离子水的质量比是1:0.07:0.6:1.4。
纳米二氧化硅的纯度≥99.95％，粒径为40-60nm；分散剂为BYK-162；润湿剂为迪高 TEGO-500；成膜助剂为3-乙氧基丙酸乙酯EEP；消泡剂为BYK-054。
改性钒锑掺杂二氧化锡是通过使用有机金属框架材料对钒锑掺杂二氧化锡进行改性后得到。钒锑掺杂二氧化锡的制备方法如下：
S1、将五水四氯化锡溶解在无水乙醇中，形成氯化锡溶液；其中，五水四氯化锡与无水乙醇的质量比是1:8；将三氯化锑和三氯化钒混合溶解在无水乙醇中，锑钒氯化盐溶液；其中，三氯化锑、三氯化钒与无水乙醇的质量比是2.5:1.8:20；
S2、在室温的条件下，将锑钒氯化盐溶液逐滴的加入至不断搅拌的氯化锡溶液内，搅拌混合均匀后，得到预处理反应液；其中，锑钒氯化盐溶液与氯化锡溶液的质量比是2.2:35；
S3、将预处理反应液装入搅拌仪器内，向搅拌仪器内通入氨气替换出空气，并开启搅拌，会逐渐有沉淀产生，在此期间持续不断地通入氨气，直至沉淀不再继续产生为止，停止通入氨气，静置40min后，过滤出沉淀，使用去离子水和乙醇依次洗涤三次，然后放入真空箱内干燥，最后将干燥后的产物粉碎成50-60nm纳米粉末，即得到预处理反应物；
S4、将预处理反应物放置在坩埚内，并将坩埚放在管式气氛炉内，设置升温速率为3℃ /min，升温至650℃，保温处理5h后，自然降温至室温，制备得到钒锑掺杂二氧化锡。
改性钒锑掺杂二氧化锡的制备方法如下：
P1、将六水硝酸锌混合至无水乙醇中，搅拌全部溶解，再加入硫脲和聚乙烯吡咯烷酮，混合搅拌均匀，之后加入钒锑掺杂二氧化锡，超声处理至均匀，得到第一混合液；其中，六水硝酸锌、硫脲、聚乙烯吡咯烷酮与无水乙醇的质量比是2.32:1:0.3:100，钒锑掺杂二氧化锡与无水乙醇的质量比是1:70；
将2-甲基咪唑混合至无水乙醇中，超声处理至均匀，得到第二混合液；其中，2-甲基咪唑与无水乙醇的质量比是0.8:100；
P2、将第一混合液与第二混合液在常温条件下搅拌混合，搅拌时间为12h，然后在常温条件下静置至少12h后，离心收取固体化合物，使用乙醇洗涤至少三次，真空箱内干燥，得到改性钒锑掺杂二氧化锡；其中，第一混合液与第二混合液的质量比是4.8:1。
上述防晒节能纳米恒温玻璃的制造方法，包括：
(1)将改性钒锑掺杂二氧化锡先与乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷混合至无水乙醇中，室温下分散处理2h，然后除去无水乙醇，得到改性钒锑掺杂二氧化锡处理物；改性钒锑掺杂二氧化锡、硅烷偶联剂与无水乙醇的质量比是1:0.04:50。
(2)将改性钒锑掺杂二氧化锡处理物、纳米二氧化硅与改性水性聚氨酯乳液混合，室温下分散均匀后，依次加入分散剂、润湿剂、成膜助剂和消泡剂，再次分散均匀后，得到防晒节能纳米涂液；
(3)将玻璃基体的表面清洁干净后，再将防晒节能纳米涂液在玻璃基体的表面涂覆，表干后，在130℃处理0.5h，得到防晒节能纳米恒温玻璃。
实施例4
一种防晒节能纳米恒温玻璃，与实施例1的区别为，防晒节能纳米涂层按照重量份数计算，包括以下成分：
92份改性水性聚氨酯乳液，21份纳米二氧化硅、17份改性钒锑掺杂二氧化锡，3份分散剂，1份润湿剂，0.5份成膜助剂和0.7份消泡剂；
其中，分散剂为BYK-180，润湿剂为迪高TEGO-500，成膜助剂为3-乙氧基丙酸乙酯EEP，消泡剂为BYK-057。
实施例5
一种防晒节能纳米恒温玻璃，与实施例1的区别为，防晒节能纳米涂层按照重量份数计算，包括以下成分：
98份改性水性聚氨酯乳液，17份纳米二氧化硅、19份改性钒锑掺杂二氧化锡，3份分散剂，1.2份润湿剂，0.6份成膜助剂和0.9份消泡剂；
分散剂为BYK-182，润湿剂为迪高TEGO-245，成膜助剂为己二醇丁醚醋酸酯，消泡剂为 BYK-077。
对比例1
一种防晒节能纳米涂层，与实施例1的区别为，将改性水性聚氨酯乳液替换为水性聚氨酯乳液。
防晒节能纳米涂层按照重量份数计算，包括以下成分：
96份水性聚氨酯乳液，20份纳米二氧化硅、18份改性钒锑掺杂二氧化锡，3份分散剂， 1.1份润湿剂，0.6份成膜助剂和0.8份消泡剂；
其中，水性聚氨酯乳液选用的是市场上购买的品牌为Heben(河本)、型号为S-339A的水性聚氨酯乳液。
对比例2
一种防晒节能纳米涂层，与实施例1的区别为，将改性钒锑掺杂二氧化锡替换为常规的氧化锡锑(99.99％)。
防晒节能纳米涂层按照重量份数计算，包括以下成分：
96份改性水性聚氨酯乳液，20份纳米二氧化硅、18份氧化锡锑，3份分散剂，1.1份润湿剂，0.6份成膜助剂和0.8份消泡剂；
其余制备过程或处理过程与实施例1相同。
对比例3
一种防晒节能纳米涂层，与实施例1的区别为，将改性钒锑掺杂二氧化锡替换为未改性的钒锑掺杂二氧化锡。
防晒节能纳米涂层按照重量份数计算，包括以下成分：
96份改性水性聚氨酯乳液，20份纳米二氧化硅、18份钒锑掺杂二氧化锡，3份分散剂， 1.1份润湿剂，0.6份成膜助剂和0.8份消泡剂；
其余制备过程或处理过程与实施例1相同。
为了能够更加清楚地说明本发明的内容，本发明将实施例1、实施例4、实施例5、对比例1-3制备的防晒节能纳米涂层手动涂覆在玻璃上，涂覆方法参照前述，涂覆厚度为100μm ±2μm，干燥处理后检测各项性能，包括：耐冲击性根据标准GB/T 1732-1993进行检测，附着力根据标准GB/T 1720-1979进行检测，防晒性(太阳光反射性比，半球发射率)根据标准GB/T 25261-2010进行检测，耐盐雾性(中性盐雾)根据标准GB/T 1771-2007进行检测，耐酸碱性根据标准GB/T 9274-1988(浸泡法)进行检测(酸为质量分数5％的硫酸，碱为质量分数5％的烧碱，浸泡24h)。
检测的结果如下表：
Figure SMS_1
上表中能够看出，本发明实施例所制备的防晒节能纳米涂层具有更好的耐冲击性，通过与对比例1-3对照可知，这不仅得益于水性聚氨酯的改性，而且还有部分得益于改性钒锑掺杂二氧化锡的加入。此外，本发明实施例在附着力、防晒性、耐盐雾性以及耐酸碱性方面均表现优异，远远优于其他对比例。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种防晒节能纳米恒温玻璃，其特征在于，包括玻璃基体以及涂覆在玻璃基体表面的防晒节能纳米涂层；
其中，防晒节能纳米涂层按照重量份数计算，包括以下成分：
82-110份改性水性聚氨酯乳液，15-25份纳米二氧化硅、12-24份改性钒锑掺杂二氧化锡，2-4份分散剂，0.6-1.4份润湿剂，0.4-0.7份成膜助剂和0.5-1份消泡剂；
其中，改性钒锑掺杂二氧化锡是通过使用有机金属框架材料对钒锑掺杂二氧化锡进行改性后得到；
所述改性水性聚氨酯乳液是通过改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200、丙酮和去离子水混合后，再脱去丙酮后得到；
所述改性聚氨酯树脂的制备方法如下：
(1)将六亚甲基二胺与氟代碳酸乙烯酯混合于回流搅拌装置内，室温下搅拌混合均匀后，通入氮气作为保护气，升温至110-120℃，回流搅拌反应3-5h后，停止加热并至恢复至室温后倒入无水乙醇中，会有大量沉淀产生，收集沉淀，减压干燥后，得到双羟基氟代化合物；
其中，六亚甲基二胺与氟代碳酸乙烯酯的质量比是1.06-2.12:1.16；
(2)将双羟基氟代化合物置于反应容器内，升温至80-100℃，之后加入聚(ε-己内酯)二醇，同时加入二氯化锡，通入惰性气体作为保护气，升温至150-170℃，保温反应3-5h，抽除气体至真空度为-0.05后，继续升温至180-220℃，保温保压反应16-24h，然后缓慢降至室温且恢复常压，即得到改性聚氨酯树脂；
其中，聚(ε-己内酯)二醇的分子量为1500-2000，双羟基氟代化合物与聚(ε-己内酯)二醇的质量比是2.04:25-45；二氯化锡的加入量是双羟基氟代化合物质量的0.02％-0.08％；
所述钒锑掺杂二氧化锡的制备方法如下：
S1、将五水四氯化锡溶解在无水乙醇中，形成氯化锡溶液；其中，五水四氯化锡与无水乙醇的质量比是1:5-8；将三氯化锑和三氯化钒混合溶解在无水乙醇中，锑钒氯化盐溶液；其中，三氯化锑、三氯化钒与无水乙醇的质量比是2.1-2.5:1.4-1.8:15-20；
S2、在室温的条件下，将锑钒氯化盐溶液逐滴的加入至不断搅拌的氯化锡溶液内，搅拌混合均匀后，得到预处理反应液；其中，锑钒氯化盐溶液与氯化锡溶液的质量比是1.4-2.2:35；
S3、将预处理反应液装入搅拌仪器内，向搅拌仪器内通入氨气替换出空气，并开启搅拌，会逐渐有沉淀产生，在此期间持续不断地通入氨气，直至沉淀不再继续产生为止，停止通入氨气，静置20-40min后，过滤出沉淀，使用去离子水和乙醇依次洗涤三次，然后放入真空箱内干燥，最后将干燥后的产物粉碎成50-60nm纳米粉末，即得到预处理反应物；
S4、将预处理反应物放置在坩埚内，并将坩埚放在管式气氛炉内，设置升温速率为1-3℃/min，升温至550-650℃，保温处理3-5h后，自然降温至室温，制备得到钒锑掺杂二氧化锡；
所述改性钒锑掺杂二氧化锡的制备方法如下：
P1、将六水硝酸锌混合至无水乙醇中，搅拌全部溶解，再加入硫脲和聚乙烯吡咯烷酮，混合搅拌均匀，之后加入钒锑掺杂二氧化锡，超声处理至均匀，得到第一混合液；其中，六水硝酸锌、硫脲、聚乙烯吡咯烷酮与无水乙醇的质量比是1.16-2.32:0.5-1:0.1-0.3:100，钒锑掺杂二氧化锡与无水乙醇的质量比是1:50-70；
将2-甲基咪唑混合至无水乙醇中，超声处理至均匀，得到第二混合液；其中，2-甲基咪唑与无水乙醇的质量比是0.6-0.8:100；
P2、将第一混合液与第二混合液在常温条件下搅拌混合，搅拌时间为8-12h，然后在常温条件下静置至少12h后，离心收取固体化合物，使用乙醇洗涤至少三次，真空箱内干燥，得到改性钒锑掺杂二氧化锡；其中，第一混合液与第二混合液的质量比是3.6-4.8:1。
2.根据权利要求1所述的一种防晒节能纳米恒温玻璃，其特征在于，所述改性水性聚氨酯乳液的制备方法为：
将改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200与丙酮混合均匀，溶胀后，加入去离子水，以1000-2000rpm的速度高速剪切分散0.5h，然后除去丙酮，得到改性水性聚氨酯乳液；
其中，改性聚氨酯树脂、聚乙二醇200、丙酮与去离子水的质量比是1:0.03-0.07:0.2-0.6:1-1.4。
3.根据权利要求1所述的一种防晒节能纳米恒温玻璃，其特征在于，所述纳米二氧化硅的纯度≥99.95％，粒径为40-60nm。
4.根据权利要求1所述的一种防晒节能纳米恒温玻璃，其特征在于，所述分散剂为BYK-142、BYK-161、BYK-162、BYK-180、BYK-182中的至少一种；所述润湿剂为迪高TEGO-270、迪高TEGO-245、迪高TEGO-500中的至少一种；所述成膜助剂为醇酯-12、己二醇丁醚醋酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯EEP中的至少一种；所述消泡剂为BYK-051、BYK-052、BYK-054、BYK-057、BYK-065、BYK-077、BYK-085、BYK-088、BYK-141中的至少一种。
5.一种权利要求1-4任意之一所述的防晒节能纳米恒温玻璃的制造方法，其特征在于，包括：
(1)将改性钒锑掺杂二氧化锡先与硅烷偶联剂混合至无水乙醇中，室温下分散处理1-2h，然后除去无水乙醇，得到改性钒锑掺杂二氧化锡处理物；
(2)将改性钒锑掺杂二氧化锡处理物、纳米二氧化硅与改性水性聚氨酯乳液混合，室温下分散均匀后，依次加入分散剂、润湿剂、成膜助剂和消泡剂，再次分散均匀后，得到防晒节能纳米涂液；
(3)将玻璃基体的表面清洁干净后，再将防晒节能纳米涂液在玻璃基体的表面涂覆，表干后，在110-130℃处理0.5h，得到防晒节能纳米恒温玻璃。
6.根据权利要求5所述的一种防晒节能纳米恒温玻璃的制造方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
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