CN117050356B - 一种隔热隔音pvb膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种隔热隔音PVB膜及其制备方法，与现有技术相比，本发明先对空心玻璃微珠进行羟基化改性得到改性空心玻璃微珠，再将改性空心玻璃微珠加到硅酸钾凝胶中，使在空心玻璃微珠的表面包覆一层硅酸钾凝胶。由于空心玻璃微珠结构具有抗冷热收缩性、尺寸稳定性，能够抑制硅酸钾凝胶由于脱水缩合而导致的收缩，防止PVB膜表面开裂；空心玻璃微珠在膜中还可起到填充剂支撑骨架作用，即得到隔热隔音PVB膜，隔热隔音性能得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及有机高分子化合物薄膜的制造技术领域，尤其涉及一种隔热隔音PVB膜及其制备方法。
背景技术
PVB是一种由聚乙烯醇和乙醛缩合而成的聚乙烯醇醛缩酮高分子材料，PVB膜是一种由聚乙烯醇醛缩酮材料制成的透明膜，具有良好的耐候性、强度和弹性，同时还具有良好的光学性能和化学稳定性。PVB的主要应用领域包括建筑、汽车、电子等领域，其中最广泛的应用是在建筑领域中，将PVB膜广泛应用于玻璃幕墙、隔热隔音窗、太阳能板等产品中，同时也被广泛应用于汽车挡风玻璃、车窗玻璃等产品中，增加玻璃的强度和韧性，防止玻璃碎裂，同时还可以起到隔热隔音的作用。此外，随着新能源、智能化等领域的发展，PVB材料在新能源材料、智能材料等领域也有着广泛的应用前景。
近年来，随着建筑节能需求的不断增加，PVB膜的隔热性能研究受到广泛关注。研究表明，通过添加纳米材料、陶瓷微珠、碳黑等物质，可以提高PVB膜的隔热性能；采用涂层技术、多层夹层技术等新技术，也可以进一步提高PVB膜的隔热性能。而PVB膜的隔音性能主要取决于其厚度和密度，但随着隔音性能要求的不断提高，研究人员也在尝试通过添加玻璃纤维、气凝胶、纳米材料等物质来提高PVB膜的隔音性能；采用多层夹层技术以及空气层等结构设计也可以进一步提高PVB膜的隔音性能。PVB膜的隔热、隔音性能是两个不同的物理参数，在PVB膜的制备过程中，可以通过控制材料的成分、厚度、结构等参数，来同时提高其隔热、隔音性能。例如，可以通过加入纳米材料、陶瓷微珠、碳黑等物质来提高PVB膜的隔热和隔音性能。不同应用领域对隔热和隔音的要求也不同，因此方案需要根据实际应用需求进行优化和调整。
CN104513631A公开了聚乙烯醇缩丁醛胶片及其制备方法，该聚乙烯醇缩丁醛胶片包括含有聚乙烯醇缩丁醛树脂和增塑剂的片状基体，以及分散于所述片状基体中的隔热隔音复合材料颗粒；通过掺杂壳核式结构的隔热隔音复合材料颗粒，实现了单层聚乙烯醇缩丁醛胶片同时具有良好的隔热和隔音效果，所述隔热隔音复合材料颗粒是以具有反射红外线功能的纳米材料为核体，以隔音棉为壳层的壳核式结构。该发明提出的隔热隔音复合材料颗粒是提高PVB树脂隔热和隔音性能的关键，虽然简化了制作工艺、节约了原料成本，但在实际使用中由于添加量少，可能无法在大面积使用适分散平均均匀，分布不均会影响到胶片的使用性能。
CN102863917A公开了一种聚乙烯醇缩丁醛透明胶膜及其制备方法，选用纳米氧化铟锡(ATO)为功能粒子，经偶联剂和分散剂双重处理，借助超声波分散与购买或自制的聚乙烯醇缩丁醛、增塑剂、抗氧化剂及成膜剂直接共混均匀后，倒入模具中成型复合，制得隔热PVB纳米复合胶膜。该发明通过将纳米ATO粒子经双重处理和特殊的超声分散工艺，有效改善ATO的团聚问题，所制得PVB纳米复合胶膜具有优异的力学性能以及较高的红外反射率和可见光透过率，可直接用于加工生产隔热隔音防紫外又透明和耐冲击的多功能安全玻璃。该发明添加的纳米氧化铟锡为功能粒子，成本昂贵，不适合大批量生产。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种隔热隔音性好的PVB膜及其制备方法，PVB膜隔热隔音性能得到提高。
为实现上述目的，本发明提供了一种隔热隔音PVB膜及其制备方法。
所述隔热隔音PVB膜的制备方法如下：
(1)将空心玻璃微珠加到在氢氧化钠水溶液中，搅拌，冷却至室温过滤，滤饼用水洗涤后过滤，重复水洗过滤操作3-4次，干燥，得到所述改性空心玻璃微珠；
(2)向氨水中加入二氧化硅，研磨得到二氧化硅分散液，再加入聚乙二醇室温搅拌，最后加入氢氧化钾水溶液反应，抽真空，置于烘箱中保温20-24小时，固化形成硅酸钾凝胶；
(3)将硅酸钾凝胶、表面活性剂加到水中，室温搅拌，加入改性空心玻璃微珠、戊二醛，搅拌、浓缩，加入饱和氯化钠水溶液洗涤、离心、过滤，重复饱和氯化钠水溶液洗涤、离心、过滤操作2-4次；用50-60℃的无水乙醇洗涤后趁热过滤，重复洗涤过滤操作2-4次，滤饼风干12-24小时复合材料；最后取出复合材料加到溶剂中，室温搅拌，再加入PVB树脂粉、增塑剂共混，通过共挤、辊压成型，即得所述PVB膜。
具体的，所述隔热隔音PVB膜的制备方法如下，以重量份计：
(1)将5-6份空心玻璃微珠加到在50-60份氢氧化钠水溶液中，90-100℃搅拌10-15分钟，冷却至室温过滤，滤饼用水洗涤后过滤，重复水洗过滤操作3-4次，80-90℃下干燥20-24小时，得到所述改性空心玻璃微珠；
(2)向20-25份氨水中加入10-15份二氧化硅，研磨4-6小时得到二氧化硅分散液，再加入20-23份聚乙二醇室温搅拌0.5-1小时，最后加入5-6份氢氧化钾水溶液，40-60℃下反应0.5-1小时，抽真空20-30分钟，置于烘箱中75-85℃下保温20-24小时，固化形成硅酸钾凝胶；
(3)将6-8份硅酸钾凝胶、1-3份表面活性剂加到20-30份水中，室温搅拌0.5-1小时，加入4-6份改性空心玻璃微珠、15-20份戊二醛，35-45℃搅拌1-3小时，80-90℃浓缩6-8小时，加入饱和氯化钠水溶液洗涤、离心、过滤，重复饱和氯化钠水溶液洗涤、离心、过滤操作2-4次；用50-60℃的无水乙醇洗涤后趁热过滤，重复洗涤过滤操作2-4次，滤饼在20-30℃下风干12-24小时得到复合材料；最后取出5-15份复合材料加到60-80份溶剂中，室温搅拌0.5-1小时，再加入50-60份PVB树脂粉、10-30份增塑剂共混，通过共挤、辊压成型，即得所述PVB膜。
所述步骤(1)中氢氧化钠水溶液优选为5-10wt.％氢氧化钠水溶液。
所述步骤(2)中氨水优选为25-30wt.％氨水。
所述步骤(2)中氢氧化钾水溶液优选为40-45wt.％氢氧化钾水溶液。
所述步骤(3)中表面活性剂为吐温40、吐温80、AEO-7、AEO-9中任意一种。
所述步骤(3)中溶剂为无水乙醇。
所述步骤(3)中增塑剂为三甘醇二异辛酸酯、四甘醇二异辛酸酯、三甘醇二正庚酸酯、癸二酸二丁酯中的任意一种。
所述步骤(3)中共挤、辊压成型采用本领域常规挤出工艺。
所述步骤(3)中PVB膜厚度为0.1-1mm；优选为0.3-0.5mm。
硅酸钾具有良好的隔音性能，可以有效地吸收声波，降低噪音污染。硅酸钾含有硅氧键和钾氧键可制成硅酸钾凝胶，并逐渐固化成为坚硬的材料，从而起到材料中成膜助剂的作用。添加聚乙二醇用于加强溶胶颗粒之间的交联，提高膜的机械强度，提高了贮存的稳定性。
空心玻璃微珠作为固体润滑剂来改善工艺加工流动性，作为填充剂可减少树脂用量、降低成本；具有优良的隔音性能、导热系数低、密度小、流动性好、化学稳定性高等特点，空心玻璃微珠加至材料中有利于减小膜的导热系数从而增强隔热性和热稳定性。进一步通过氢氧化钠对空心玻璃微珠进行羟基化改性，将改性空心玻璃微珠加到PVB制膜工艺中，以便后续与硅酸钾凝胶的交联。
干燥过程中会加速硅酸钾缩合聚合反应形成含-Si-O-Si-网状骨架硅酸钾凝胶和二氧化硅固体沉淀，若凝胶不断收缩容易使膜出现裂痕，因此加入了改性空心玻璃微。使在空心玻璃微珠的表面包覆一层硅酸钾凝胶，利用空心玻璃微珠表面活性基团，在空心玻璃微珠表面接枝亲水性物质；硅酸钾凝胶中的Si-OH与改性空心玻璃微珠表面的羟基共价键反应，再以戊二醛为交联剂进行接枝反应使二者更好的交联，生成稳定的网格结构。由于空心玻璃微珠结构具有抗冷热收缩性、尺寸稳定性，能够抑制硅酸钾凝胶由于脱水缩合而导致的收缩，防止PVB膜表面开裂；同时空心玻璃微珠在膜中还可起到填充剂支撑骨架作用。即得到所述隔热隔音PVB膜。
本发明的有益效果：
相比现有技术，本发明先对空心玻璃微珠进行羟基化改性得到改性空心玻璃微珠，再将改性空心玻璃微珠加到硅酸钾凝胶中，使在空心玻璃微珠的表面包覆一层硅酸钾凝胶，利用空心玻璃微珠表面活性基团，在空心玻璃微珠表面接枝亲水性物质；硅酸钾凝胶中的Si-OH与改性空心玻璃微珠表面的羟基共价键反应，再以戊二醛为交联剂进行接枝反应使二者更好的交联，生成稳定的网格结构。由于空心玻璃微珠结构具有抗冷热收缩性、尺寸稳定性，能够抑制硅酸钾凝胶由于脱水缩合而导致的收缩，防止PVB膜表面开裂；空心玻璃微珠在膜中还可起到填充剂支撑骨架作用，即得到隔热隔音PVB膜。将所述隔热隔音PVB膜加到隔热隔音PVB膜工艺中，同时起到了润滑剂和成膜助剂的作用，且提高了PVB膜隔热隔音性能。
具体实施方式
实施例中所使用到的具体化学物质的参数，来源如下：
硅酸钾：纯度为98％，试剂级，厂家为上海科拉曼试剂有限公司，货号为155896。
空心玻璃微珠：粒径为100μm，pH为7-9，厂家为青岛旭昕化工有限公司，型号为A型。
聚乙二醇：厂家为上海链集化工有限公司，型号为PEG300。
PVB树脂粉：有效成分为99wt.％，工业级，生产厂家为山东登诺新材料科技有限公司，型号为HS003。
对比例1
隔热隔音PVB膜的制备方法如下：
将60g硅酸钾加到400g水中，室温搅拌0.5小时，加入50g空心玻璃微珠，90℃浓缩6小时，得到复合材料；最后取出110g复合材料加到650g无水乙醇中，室温搅拌0.5小时，再加入500gPVB树脂粉、150g三甘醇二异辛酸酯共混，通过共挤、辊压成型，即得所述隔热隔音PVB膜，膜厚度为0.5mm。
实施例1
隔热隔音PVB膜的制备方法如下：
(1)向220g 25wt.％氨水中加入120g二氧化硅，研磨6小时得到二氧化硅分散液，再加入200g聚乙二醇室温搅拌0.5，最后加入55g 40wt.％氢氧化钾水溶液，50℃下反应0.5小时，抽真空30分钟，置于烘箱中80℃下保温24小时，固化形成硅酸钾凝胶。
(2)将60g硅酸钾凝胶加到200g水中，室温搅拌0.5小时，加入50g空心玻璃微珠，90℃浓缩6小时，得到复合材料；最后取出110g复合材料加到650g无水乙醇中，室温搅拌0.5小时，再加入500gPVB树脂粉、150g三甘醇二异辛酸酯共混，通过共挤、辊压成型，即得所述隔热隔音PVB膜，膜厚度为0.5mm。
实施例2
隔热隔音PVB膜的制备方法如下：
(1)将50g空心玻璃微珠加到在500g 10wt.％氢氧化钠水溶液中，90℃搅拌10分钟，冷却至室温过滤，滤饼用350g水洗涤后过滤，重复水洗过滤操作4次，85℃下干燥24小时，得到所述改性空心玻璃微珠。
(2)向220g 25wt.％氨水中加入120g二氧化硅，研磨6小时得到二氧化硅分散液，再加入200g聚乙二醇室温搅拌0.5，最后加入55g 40wt.％氢氧化钾水溶液，50℃下反应0.5小时，抽真空30分钟，置于烘箱中80℃下保温24小时，固化形成硅酸钾凝胶。
(3)将60g硅酸钾凝胶加到200g水中，室温搅拌0.5小时，加入50g改性空心玻璃微珠，90℃浓缩6小时，得到复合材料；最后取出110g复合材料加到650g无水乙醇中，室温搅拌0.5小时，再加入500gPVB树脂粉、150g三甘醇二异辛酸酯共混，通过共挤、辊压成型，即得所述隔热隔音PVB膜，膜厚度为0.5mm。
实施例3
隔热隔音PVB膜的制备方法如下：
(1)将50g空心玻璃微珠加到在500g 10wt.％氢氧化钠水溶液中，90℃搅拌10分钟；冷却至室温过滤，滤饼用水洗涤后过滤，重复水洗过滤操作4次，85℃下干燥24小时，得到所述改性空心玻璃微珠；
(2)向220g 25wt.％氨水中加入120g二氧化硅，研磨6小时得到二氧化硅分散液，再加入200g聚乙二醇室温搅拌0.5h，最后加入55g 40wt.％氢氧化钾水溶液，50℃下反应0.5小时，抽真空30分钟，置于烘箱中80℃下保温24小时，固化形成硅酸钾凝胶；
(3)将60g硅酸钾凝胶、15g吐温80加到200g水中，室温搅拌0.5小时，加入50g改性空心玻璃微珠、160g戊二醛，40℃搅拌2小时，90℃浓缩6小时，加入饱和氯化钠水溶液洗涤、离心、过滤，重复饱和氯化钠水溶液洗涤、离心、过滤操作4次；用55℃的无水乙醇洗涤后趁热过滤，重复洗涤过滤操作2次，滤饼在25℃下风干24小时，得到复合材料；最后取出110g复合材料加到650g无水乙醇中，室温搅拌0.5小时，再加入500gPVB树脂粉、150g三甘醇二异辛酸酯共混，通过共挤、辊压成型，即得所述隔热隔音PVB膜，膜厚度为0.5mm。
测试例1
隔热性测试
将上述对比例1、实施例1-3得到PVB膜进行剪裁为50cm×50cm大小，把该PVB膜片层压成夹层玻璃，每片玻璃的厚度为2.3mm，放置于50cm×50cm×50cm的隔热箱的敞口上进行隔热性测试，共四组隔热隔音PVB膜每组共3片PVB膜，测试数据取平均值。
该隔热箱由五块夹层木板围成正方体，隔音箱的夹层木板最外层为木板结构，中间为泡沫塑料层，里层是铝膜层；隔音箱的顶层是敞开的，其他是密封的；在箱子中放置温度计来测量箱里的温度，在温度为35℃的气温下至于阳光直射的平台上，分别在0min、15min、30min、45min、60min下，记录随着时间的增长温度计温度的变化。测试数据如表1所示。
表1隔热性测试数据
| 测试例 | 0min/℃ | 15min/℃ | 30min/℃ | 45min/℃ | 60min/℃ |
| 对比例1 | 35.0 | 49.5 | 52.2 | 55.2 | 60.3 |
| 实施例1 | 35.0 | 45.8 | 50.2 | 53.1 | 55.4 |
| 实施例2 | 35.0 | 43.7 | 48.4 | 50.3 | 54.5 |
| 实施例3 | 35.0 | 40.5 | 44.2 | 46.4 | 48.6 |
通过测试例1对比可知，对比例1中的PVB膜单独添加到硅酸钾和空心玻璃微珠，具有一定的隔热效果；实施例1中的PVB膜将硅酸钾制成了凝胶状态，与空心玻璃微珠和PVB树脂的接触面积更大，隔热性得到了轻微的提升；其中实施例2中的PVB膜对空心玻璃微珠进行了改性，隔热效果不够显著；实施例3中将改性后的空心玻璃微珠与硅酸钾凝胶进行交联后得到的PVB膜专用材料，制成的隔热隔音PVB膜隔热效果更好，60min后，隔热温差为13.6℃。
测试例2
隔音性测试
将上述对比例1、实施例1-3得到PVB膜进行剪裁为50cm×50cm大小，分别置于50cm×50cm×50cm隔音箱的敞口上进行隔音性测试，共四组每组3片PVB膜，测试数据取平均值。隔热隔音PVB膜
该隔音箱由五块夹层木板围成正方体，隔音箱的夹层木板最外层为木板结构，中间为泡沫塑料层，里层是铝膜层；隔音箱的顶层是敞开的，敞口上有一圈密封圈，其他是密封的；在箱子中放置噪音计来测量箱里的噪音，在敞口上放置待测样品，在箱子正上方50cm处放置可调节音量大小的扬声器，在0、10dB、20dB、40dB、60dB、80dB音量下进行测试，记录噪音计的数据，测试数据如表2所示。
表2隔音性测试数据
| 音量/dB | 0 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 |
| 对比例1 | 0 | 8 | 18 | 37 | 57 | 68 |
| 实施例1 | 0 | 6 | 13 | 30 | 45 | 56 |
| 实施例2 | 0 | 4 | 7 | 13 | 28 | 42 |
| 实施例3 | 0 | 1 | 3 | 10 | 21 | 30 |
通过测试例2对比可知，对比例1中的隔热隔音PVB膜单独添加到硅酸钾和空心玻璃微珠，隔音效果最低；实施例1-实施例2的隔音效果有提升；实施例3中将改性后的空心玻璃微珠与硅酸钾凝胶进行交联后得到的隔热隔音PVB膜，制成的隔热隔音PVB膜隔音效果更好。
Claims (10)
1.一种隔热隔音PVB膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将空心玻璃微珠加入到氢氧化钠水溶液中，搅拌，冷却至室温过滤，滤饼用水洗涤后过滤，重复水洗过滤操作3-4次，干燥，得到改性空心玻璃微珠；
（2）向氨水中加入二氧化硅，研磨得到二氧化硅分散液，再加入聚乙二醇室温搅拌，最后加入氢氧化钾水溶液反应，抽真空，置于烘箱中保温20-24小时，固化形成硅酸钾凝胶；
（3）将硅酸钾凝胶、表面活性剂加到水中，室温搅拌，加入改性空心玻璃微珠、戊二醛，搅拌、浓缩，加入饱和氯化钠水溶液洗涤、离心、过滤，重复饱和氯化钠水溶液洗涤、离心、过滤操作2-4次；用50-60℃的无水乙醇洗涤后趁热过滤，重复洗涤过滤操作2-4次，滤饼风干12-24小时得到复合材料；最后取出复合材料加到溶剂中，室温搅拌，再加入PVB树脂粉、增塑剂共混，通过共挤、辊压成型，即得所述PVB膜。
2.根据权利要求1所述的隔热隔音PVB膜的制备方法，其特征在于：
所述步骤（1）中组分的重量份为：5-6份空心玻璃微珠、50-60份氢氧化钠水溶液；
所述步骤（2）中组分的重量份为：20-25份氨水、10-15份二氧化硅、20-23份聚乙二醇、5-6份氢氧化钾水溶液；
所述步骤（3）中组分的重量份为：6-8份硅酸钾凝胶、1-3份表面活性剂、20-30份水、4-6份改性空心玻璃微珠、15-20份戊二醛、60-80份溶剂、50-60份PVB树脂粉、10-30份增塑剂。
3.根据权利要求1或2所述的隔热隔音PVB膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中氢氧化钠水溶液为5-10wt.%氢氧化钠水溶液。
4.根据权利要求1或2所述的隔热隔音PVB膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中氨水为25-30wt.%氨水。
5.根据权利要求1或2所述的隔热隔音PVB膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中氢氧化钾水溶液为40-45wt%氢氧化钾水溶液。
6.根据权利要求1或2所述的隔热隔音PVB膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中表面活性剂为吐温40、吐温80、AEO-7、AEO-9中任意一种。
7.根据权利要求1或2所述的隔热隔音PVB膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中所述溶剂为无水乙醇。
8.根据权利要求1或2所述的隔热隔音PVB膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中增塑剂为三甘醇二异辛酸酯、四甘醇二异辛酸酯、三甘醇二正庚酸酯、癸二酸二丁酯中的任意一种。
9.根据权利要求1或2所述的隔热隔音PVB膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中所述PVB膜厚度为0.1-1mm。
10.一种隔热隔音PVB膜，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的方法制备而成。
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