CN110540814B - 一种高透稀土纳米隔热浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高透稀土纳米隔热浆料及其制备方法，其中高透稀土纳米隔热浆料，包括以下重量份的各组分：分散介质100份，稀土硼化物2‑50份，防沉剂0.3‑2份，分散剂0.01‑2.5份，其它助剂1.13‑8.5份。本发明所述的高透稀土纳米隔热浆料，不含具有光谱选择性的纳米铟掺杂二氧化锡(ITO)、纳米锑掺杂二氧化锡(ATO)和纳米铋掺杂二氧化锡(BTO)，各组分易于分散，成本较低，且涂层施工容易。

Description

一种高透稀土纳米隔热浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于节能环保材料领域，尤其是涉及一种高透稀土纳米隔热浆料及其制备方法。

背景技术

近年来，能源紧张的问题越来越受到重视，节能减排已成为时代的主旋律。据统计全球温室气体排放近1/3与建筑能耗有关。对于建筑物窗口、顶棚、汽车窗户等大量使用玻璃的场合，光的热辐射将会导致能耗大幅度增加。目前解决的方法主要有无机功能材料如ITO(氧化铟锡)、ATO(氧化锡锑)等为助剂的隔热涂料、玻璃贴膜等，但涂料施工难度大，贴膜难以实现隔热率与透光率之间的矛盾。目前还有许多新的玻璃产品如中空玻璃、Low-e玻璃等，但造价昂贵，市场亦很难推广。本发明提供一种高透稀土纳米隔热浆料，将其添加制成胶膜可用于建筑物及汽车门窗夹胶玻璃中，既可以有效隔绝大量红外线和紫外线，又可兼顾较高可见光透光率，且不影响其使用寿命。

目前国内外对透明隔热剂的研究主要集中在涂料领域，已有一些研究成果。通过专利检索，世界专利WO2018103063(一种纳米ATO透明隔热节能玻璃涂层的制作工艺)将纳米ATO分散于水性树脂中形成隔热涂料，但其涂刷难以均匀，施工难度高。申请号为CN201710243083.0的中国专利“一种玻璃透明隔热纳米涂料及其制备方法”以纳米ATO-稀土-多晶硅为隔热助剂，但隔热效果非常有限；申请号为CN201610979211.3“水性可剥离透明隔热玻璃涂料及其制备方法”采用水性纳米ATO和ITO复合隔热浆料，其成本太高，且混合浆料极易发生团聚现象。因此，一种新型的、工艺简单、效果显著、透过率高、易于应用推广的隔热材料的发明十分必要。

发明内容

鉴于此，本发明旨在提出一种高透稀土纳米隔热浆料，以克服现有技术的缺陷，不含具有光谱选择性的纳米铟掺杂二氧化锡(ITO)、纳米锑掺杂二氧化锡(ATO)和纳米铋掺杂二氧化锡(BTO)，各组分易于分散，成本较低，且涂层施工容易。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高透稀土纳米隔热浆料，包括以下重量份的各组分：分散介质100份，稀土硼化物2-50份，防沉剂0.3-2份，分散剂0.01-2.5份，其他助剂1.13-8.5份。

优选的，所述分散介质为去离子水、乙醇、叔丁醇、丙酮、二异丁基酮、甲基异丁基酮、乙酸乙酯、醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、石油醚、环己烷和甲苯中的一种或两种以上。

优选的，所述稀土硼化物为六硼化镨、六硼化镝、六硼化镧、六硼化铈、六硼化铷、六硼化镱、六硼化铕和六硼化钇中的一种。

优选的，所述防沉剂为聚烯烃蜡、改性氢化蓖麻油、气相二氧化硅、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液和聚酰胺蜡中的一种或两种以上。

优选的，所述分散剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、四丙基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、乙二胺、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570、硅烷偶联剂KH792中的一种或两种以上。

优选的，所述其它助剂包括紫外吸收剂和交联剂，且紫外吸收剂和交联剂的重量比为：(0.05-0.2)：(1-5)。

优选的，其它助剂还包括光稳定剂，且紫外吸收剂、交联剂和光稳定剂三者的重量比为：(0.05-0.2)：(1-5)：(0.05-0.3)。

优选的，所述紫外吸收剂为水杨酸苯酯、UV-P、UV-O、UV-9、UV531、UVP-327、二氧化铈中的一种或两种以上。

优选的，所述光稳定剂为AM101、GW540、HPT、氧化锌、二氧化钛中的一种或两种以上；交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物中的一种或两种以上。

需要说明的是，本发明在各组分的选择上，分散介质组分的选择意在满足下游产品生产的需要，分散剂的选择和用量是由分散介质和能否使浆料稳定而决定的，且其他助剂的添加是为了提高浆料的紫外屏蔽，以及更适合下游产品添加的特性。

本发明的另一目的在于提出一种制备如上所述的高透稀土纳米隔热浆料的方法，以制备上述高透稀土纳米隔热浆料。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高透稀土纳米隔热浆料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在配方量的分散介质中，加入配方量的稀土硼化物微米级粉体、防沉剂和稀分散剂，混合搅拌均匀；

(2)将步骤(1)所得分散液于砂磨机中高速剪切分散0.5-3h；

(3)在步骤(2)所得的分散液中加入配方量的其他助剂，其他助剂中其中紫外吸收剂、交联剂、光稳定剂三者的重量比为：(0.05-0.2)：(1-5)：(0.05-0.3)；

(4)将步骤(3)所得的浆料混合均匀超声2-30min，得到分散均匀的高透稀土纳米隔热浆料。

相对于现有技术，本发明所述的一种高透稀土纳米隔热浆料具有以下优势：

(1)以稀土硼化物为原料，可吸收和散射近红外光区的热辐射，能更加有效地利用可见光并阻隔热能，作为一种新型的隔热功能材料，具有比ATO、ITO等传统透明隔热材料更优的性能。

(2)相对于ATO、ITO等材料，添加量很少便可达到相当的屏蔽效果，生产成本低廉。具体来说，本发明添加0.05％-0.2％固含量(该用量为获得同等屏蔽效果的ITO或ATO用量的1/40以下)即可有较好的透光率与红外阻隔率，这是由于本发明所选用的纳米稀土硼化物晶体结构具有LSPR(局域表面等离子共振)效应，其纳米粒子除了对太阳光中可见光具有优异的透过性，且具有比ATO、ITO更宽波段的近红外热辐射的吸收和屏蔽作用。

(3)与现有技术相比，生产工艺简单，易于控制和操作。

(4)由于分散性好，与下游产品混合均一性好，所制得浆料方便下游产品生产添加，可摒弃涂料工艺带来的施工困难、涂刷不匀等弊端，可直接添加至胶膜生产工艺中应用于透明夹胶玻璃中，增强安全性并延长其使用寿命。

所述制备如上所述的高透稀土纳米隔热浆料的方法与上述一种高透稀土纳米隔热浆料相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种高透稀土纳米隔热浆料，包括以下重量份的各组分：乙醇100份，稀土硼化物粉体10份，聚乙烯吡咯烷酮0.5份，气相二氧化硅0.8份，其他助剂3份。其中：稀土硼化物为六硼化镧；其他助剂中紫外吸收剂为二氧化铈，光稳定剂为HPT，交联剂为二叔丁基过氧化物，且二氧化铈：HPT:二叔丁基过氧化物的重量比为2:2:1。

上述高透稀土纳米隔热浆料的制备方法为：将稀土硼化物微米级粉体，在乙醇中与聚乙烯吡咯烷酮、气相二氧化硅充分混合，将混合液加入砂磨机中研磨分散0.5h后取出，与其他助剂混合均匀，再超声分散2min，即得到粒径为30nm的纳米稀土透明隔热浆料。

将本实施例的纳米稀土透明隔热浆料与市售的EVA母粒混合流延成膜并制得夹胶玻璃，测试可得：可见光透过率87％，红外线阻隔率92％，紫外阻隔率95.1％，隔热仪测试温度降幅12摄氏度。

实施例2

一种高透稀土纳米隔热浆料，包括以下重量份的各组分：叔丁醇与去离子水混合液100份，稀土硼化物粉体30份，聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基磺酸钠的混合物1.5份，气相二氧化硅0.5份，其他助剂5份。其中：叔丁醇与去离子水的混合重量比为1：2；稀土硼化物为六硼化铈；聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基磺酸钠的重量比为1:2；其他助剂包括紫外吸收剂和光稳定剂，紫外吸收剂为UV-9，光稳定剂为GW540，UV-9与GW540的重量比为2:1。

上述高透稀土纳米隔热浆料的制备方法为：将稀土硼化物微米级粉体，在叔丁醇与去离子水的混合液中与聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、气相二氧化硅充分混合，将混合液加入砂磨机中研磨分散1h后取出，与其他助剂混合均匀，再超声分散15min，即得到粒径为30nm的纳米稀土透明隔热浆料。

将本实施例的纳米稀土透明隔热浆料与市售的EVA母粒混合流延成膜并制得夹胶玻璃，测试可得：可见光透过率88％，红外线阻隔率94％，紫外阻隔率96.2％，隔热仪测试温度降幅13摄氏度。

实施例3

一种高透稀土纳米隔热浆料，包括以下重量份的各组分：乙酸乙酯100份，稀土硼化物粉体20份，聚乙二醇和硅烷偶联剂KH550的混合物0.8份，气相二氧化硅1.5份，其他助剂4份。其中，稀土硼化物为六硼化镧，聚乙二醇和硅烷偶联剂KH550的混合重量比为1:2；其他助剂包括紫外吸收剂、光稳定剂和交联剂，紫外吸收剂为UV531，光稳定剂为二氧化钛，交联剂为过氧化苯甲酰，UV531、二氧化钛和过氧化苯甲酰的重量比为4:3:1。

上述高透稀土纳米隔热浆料的制备方法为：将稀土硼化物微米级粉体，在乙酸乙酯中与聚乙二醇、硅烷偶联剂、气相二氧化硅充分混合，将混合液加入砂磨机中研磨分散2h后取出，与助剂混合均匀，再超声分散30min，即得到粒径为30nm的纳米稀土透明隔热浆料。

将上述纳米稀土透明隔热浆料与市售的EVA母粒混合流延成膜并制得夹胶玻璃，测试可得：可见光透过率86％，红外线阻隔率93％，紫外阻隔率95.8％，隔热仪测试温度降幅12摄氏度。

实施例4

一种高透稀土纳米隔热浆料，包括以下重量份的各组分：环己烷100份，稀土硼化物粉体5份，聚乙烯醇和十二烷基苯磺酸钠的混合物1份，聚乙烯蜡2份，其他助剂1.5份。其中，稀土硼化物为六硼化铕；聚乙烯醇和十二烷基苯磺酸钠的混合重量比为2:3；其他助剂包括紫外吸收剂和光稳定剂，紫外吸收剂为UVP-327，光稳定剂为氧化锌，UVP-327与氧化锌的重量比为3:1。

上述高透稀土纳米隔热浆料的制备方法为：将稀土硼化物微米级粉体，在环己烷中与聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯蜡充分混合，将混合液加入砂磨机中研磨分散3h后取出，与其他助剂混合均匀，再超声分散20min，即得到粒径为30nm的纳米稀土透明隔热浆料。

将上述纳米稀土透明隔热浆料与市售的EVA母粒混合流延成膜并制得夹胶玻璃，测试可得：可见光透过率85％，红外线阻隔率91％，紫外阻隔率96％，隔热仪测试温度降幅11摄氏度。

需要说明的是，以上实施例1-4中，市售的EVA母粒都是韩国LG化学生产的型号为EA28150的EVA，其VA含量为28wt％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高透稀土纳米隔热浆料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在100份的分散介质中，加入2-50份的稀土硼化物微米级粉体、0.3-2份的防沉剂和0.01-2.5份的稀分散剂，混合搅拌均匀；

(2)将步骤(1)所得分散液于砂磨机中高速剪切分散0.5-3h；

(3)在步骤(2)所得的分散液中加入1.13-8.5份的其他助剂，其他助剂中其中紫外吸收剂、交联剂、光稳定剂三者的重量比为：(0.05-0.2)：(1-5)：(0.05-0.3)；

(4)将步骤(3)所得的浆料混合均匀超声2-30min，得到分散均匀的高透稀土纳米隔热浆料，

其中，所述分散剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、四丙基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、乙二胺、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570、硅烷偶联剂KH792中的一种或两种以上。

2.根据权利要求1所述的高透稀土纳米隔热浆料的制备方法，其特征在于：所述分散介质为去离子水、乙醇、叔丁醇、丙酮、二异丁基酮、甲基异丁基酮、乙酸乙酯、醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、石油醚、环己烷和甲苯中的一种或两种以上。

3.根据权利要求1所述的高透稀土纳米隔热浆料的制备方法，其特征在于：所述稀土硼化物为六硼化镨、六硼化镝、六硼化镧、六硼化铈、六硼化铷、六硼化镱、六硼化铕和六硼化钇中的一种。

4.根据权利要求1所述的高透稀土纳米隔热浆料的制备方法，其特征在于：所述防沉剂为聚烯烃蜡、改性氢化蓖麻油、气相二氧化硅、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液和聚酰胺蜡中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1所述的高透稀土纳米隔热浆料的制备方法，其特征在于：所述紫外吸收剂为水杨酸苯酯、UV-P、UV-O、UV-9、UV531、UVP-327、二氧化铈中的一种或两种以上。

6.根据权利要求1所述的高透稀土纳米隔热浆料的制备方法，其特征在于：所述光稳定剂为AM101、GW540、HPT、氧化锌、二氧化钛中的一种或两种以上；交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物中的一种或两种以上。

7.一种高透稀土纳米隔热浆料，其特征在于：采用权利要求1-6任意一项所述的制备方法得到。