一种高透明性热相变材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高透明性热相变材料的制备方法，将含钒化合物、含钨化合物、醇水混合溶剂、分散剂和还原剂放入含有研磨球的水热反应釜中，高速旋转水热反应釜的搅拌转子，转子转速为1000-8000转/分钟，水热反应釜中的温度为160-300℃，压力为1-20kg，反应分散时间为16-100小时，经过研磨、反应、和分散后获得一次粒径不大于10nm的VO2前躯体溶液；前述VO2前驱体溶液经过冷冻和干燥后倒入坩埚中，在惰性气体保护的气氛下，于460-680℃下煅烧3-48小时，冷却后，获得一次粒径不大于20nm的VO2纳米粉体，即为高透明性热相变材料，可广泛用于各种透明性隔热涂层领域及添加到PET、PC、PE、PVB、EVA、TPU等透明基材中，天热时更多的阻隔热量，天凉时透过更多的热量，起到冬暖夏凉的智能性热控节能效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高透明性热相变材料的制作方法，所制备出来的粉体及纳米浆料具有高透明性隔热热相变的功能。
技术介绍
目前国内外有很多相关热相变材料的专利和报道，本专利技术人花费大量的时间和精力查阅了大量的相关热相变隔热材料有关的海内外论文、专利和报道，这些报道和专利内容都是局限在微米级，亚微米级的VO2相关的内容，都是局限在通过传统的水热反应方式或混合搅拌的方式制备100nm-200nm粒径范围内的VO2为主的相变材料，这些材料因为一次粒径较大，没有办法实现更高透明性的功能，如果想应用到汽车前挡玻璃或其他高透明性应用领域等还是没有办法推广，达不到要求，在应用领域来讲还是有很大的局限性。如：中国专利CN102066261A公开了一种热变色微粒子及其分散液和制造方法以及调光性涂料、调光性膜、调光性油墨，该专利含有VO2(R相)的粒子和TiO2粒子，着重阐述了平均粒径200nm以下的热相变粒子的热相变功能调光作用，而没有阐述高透明性隔热节能功能和作用。再比如，中国专利CN103554997A公开的碳包覆二氧化钒纳米颗粒及其制备方法中，涉及到的纳米粒子是采用的二氧化钒的内核心材料的三维尺寸也是100nm以下的颗粒形貌，而且采用传统的水热反应中原位碳包覆技术，在生产制备纳米VO2粉体过程中添加WO3及多糖物质，在高温反应下而获得能够降低相变温度，具有一定的吸热、隔热功能的碳包覆VO2纳米粉体的相关内容，这种方法制备的氧化钒一次粒径较大，而且制备VO2粉体的工艺过程环节太多，产业化生产品控比较困难。再比如，中国专利CN103073942B公开的一种二氧化钒复合粉体及其制备方法中，着重阐述了二氧化钒一次颗粒尺寸在200nm以下的状态，只是提及到采用传统的混合搅拌方式掺杂添加各种金属元素，实现具有一定热相变功能的复合粉体的制备方法，而没有涉及到一次粒径小，高透明性热相变材料的制备方法，这些技术产品的主要缺陷是VO2纳米粒子的一次粒径过大，分散性能非常有限，而且，制备过程过于繁琐和复杂，采用这些材料所制备出来的涂层材料的光学性能指标基本都在可见光透过率40％以下，IR阻隔率40％以下。因此，在使用过程中最大的缺陷是透光性不好，分散性较差，隔热节能效果非常有限，市场推广比较困难。基于这些产品技术存在的诸多缺陷，要研究探索解决纳米VO2粉体及纳米浆料的一次粒径大的问题，透光性不高的问题，分散性差的问题，隔热性能有限的问题，具有非常迫切的市场需求。从而大大的提高纳米VO2粉体及浆料的实用性能和性价比，极大的提高了VO2纳米粉体的使用推广效率。具有重要的经济价值，使用价值。二氧化钒VO2有若干同质异构结晶，本别定义为A、B、C、D、M、R相，其中在室温附近最稳定的晶相为R相，与金红石有同样结晶结构，所以又称为金红石相。R相二氧化钒VO2具有热相变特性。热相变特性，是指材料的光学性能如透过、反射或吸收等随材料的温度变化发生可逆变化的性能。如红外线波段，即大于780nm的波段透过率的变化，虽然肉眼睛看不见但是随材料温度的改变透过率发生了变化，从而环境温度也随之改变，被定义为热相变。纯粹的金红石相二氧化钒在低于68度时为单斜晶(M相)，呈半导体特性，即对红外线有较高的透过率；在高于68度时，变为正方晶(R相)，呈金属特性，对红外线变为高反射。二氧化钒VO2的相变温度可通过参杂钨元素的量或改变结构调控。也有专利报道参杂其它元素或化合物来改变想变温度。所以本专利技术中的VO2(相)纳米粉体及浆料包括钨元素的参杂的金红石相二氧化钒VO2。
技术实现思路
针对现有技术的上述不足，根据本专利技术的实施例，希望提供一种高透明性热相变材料的制备方法，旨在把热相变主要材料纳米VO2(R相)粉体及浆料在制备纳米粒子过程中有效控制一次粒径大小，给VO2(R相)粉体及浆料赋予可靠、更佳的，高透明性、易分散性、热相变功能的前提下，解决了VO2粉体及浆料的一次粒径大、透光性不高、分散性差，制备粉体的工艺过于繁琐和复杂的问题，有效控制一次粒径的关键是钒类化合物在水热反应过程中，特别是V5+形成V4+过程中和与钨化合物结合过程中，在高温高压环境下通过球磨分散的方式，有规律性的影响形成纳米粒子过程中的内应力和外应力的作用，从而实现了有效控制VO2形成过程的一次粒径方法。根据实施例，本专利技术提供的一种高透明性热相变材料的制备方法，将下述重量百分含量的含钒化合物、含钨化合物、醇水混合溶剂、分散剂和还原剂放入含有研磨球的水热反应釜中，高速旋转水热反应釜的搅拌转子，转子转速为1000-8000转/分钟，水热反应釜中的温度为160-300℃，压力为1-20kg，反应分散时间为16-100小时，经过研磨、反应、和分散后获得一次粒径不大于10nm的VO2前躯体溶液；①含钒化合物：5％-20％；②含钨化合物：0.1％-1％；③分散剂：0.1-1％；④醇水混合溶剂：80％-94.7％；⑤还原剂：0.1％-1％；前述VO2前驱体溶液经过冷冻和干燥后倒入坩埚中，在惰性气体保护的气氛下，于460-680℃下煅烧3-48小时，冷却后，获得一次粒径不大于20nm的VO2纳米粉体，简称V粉，即为高透明性热相变材料。根据一个实施例，本专利技术前述高透明性热相变材料的制备方法中，将下述重量百分含量的一次粒径不大于20nm的VO2纳米粉体、有机溶剂或去离子水、磷酸和直径0.1mm的氧化锆球分别装入行星高速旋转分散机中的分散罐中，转速为12000转/分钟，分散3小时后，获得具有热相变功能的一次粒径不大于20纳米的VO2水性纳米浆料，①一次粒径不大于20nm的VO2纳米粉体9.5％-30％；②有机溶剂或去离子水69％-90％；③磷酸0.5％-1％；直径为0.1mm的氧化锆球的用量为一次粒径不大于20nm的VO2纳米粉体用量的4-8倍。根据一个实施例，本专利技术前述高透明性热相变材料的制备方法中，研磨球为直径为0.05mm-3mm的玻璃球、金属球、氧化锆球、氧化铈、氧化铝球中的一种或多种；研磨球与反应物的体积比为(1-3)：(1-30)。根据一个实施例，本专利技术前述高透明性热相变材料的制备方法中，含钒化合物为五氧化钒V2O5、偏钒酸钠NaVO3、硫酸氧钒VOSO4·nH2O、草酸氧钒VOC2O4·nH2O或三氯氧钒VOCl3。根据一个实施例，本专利技术前述高透明性热相变材料的制备方法中，含钨化合物为磷钨酸、磷钨酸钠和WO3中的至少一种。根据一个实施例，本专利技术前述高透明性热相变材料的制备方法中，还原剂为乙二胺、三乙醇胺和N.N-二甲基乙醇胺中的至少一种。根据一个实施例，本专利技术前述高透明性热相变材料的制备方法中，分散剂为磷酸、硝酸、盐酸和草酸中的至少一种。根据一个实施例，本专利技术前述高透明性热相变材料的制备方法中，醇水混合溶剂为甲醇与去离子水体积比1：1的混合液。根据一个实施例，本专利技术前述高透明性热相变材料的制备方法中，煅烧坩埚为氧化铝坩埚。根据实施例，本专利技术前述高透明性热相变材料的制备方法获得的高透明性热相变材料添加到PVB、EVA、PET、PC、PP、PE、PMMA或TPO中，搅拌、挤出获得具有高透明性热相变功能的功能性塑料母粒及板材或卷材产品。随后的实施例将证明，采用本专利技术前述高透明性热相变材料所制备出来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高透明性热相变材料的制备方法，其特征在于，将下述重量百分含量的含钒化合物、含钨化合物、醇水混合溶剂、分散剂和还原剂放入含有研磨球的水热反应釜中，高速旋转水热反应釜的搅拌转子，转子转速为1000‑8000转/分钟，水热反应釜中的温度为160‑300℃，压力为1‑20kg，反应分散时间为16‑100小时，经过研磨、反应、和分散后获得一次粒径不大于10nm的VO2前躯体溶液；①含钒化合物：5％‑20％；②含钨化合物：0.1％‑1％；③分散剂：0.1‑1％；④醇水混合溶剂：80％‑94.7％；⑤还原剂：0.1％‑1％；前述VO2前驱体溶液经过冷冻和干燥后倒入坩埚中，在惰性气体保护的气氛下，于460‑680℃下煅烧3‑48小时，冷却后，获得一次粒径不大于20nm的VO2纳米粉体，即为高透明性热相变材料。

【技术特征摘要】
2015.03.23 CN 20151012793461.一种高透明性热相变材料的制备方法，其特征在于，将下述重量百分含量的含钒化合物、含钨化合物、醇水混合溶剂、分散剂和还原剂放入含有研磨球的水热反应釜中，高速旋转水热反应釜的搅拌转子，转子转速为1000-8000转/分钟，水热反应釜中的温度为160-300℃，压力为1-20kg，反应分散时间为16-100小时，经过研磨、反应、和分散后获得一次粒径不大于10nm的VO2前躯体溶液；①含钒化合物：5％-20％；②含钨化合物：0.1％-1％；③分散剂：0.1-1％；④醇水混合溶剂：80％-94.7％；⑤还原剂：0.1％-1％；前述VO2前驱体溶液经过冷冻和干燥后倒入坩埚中，在惰性气体保护的气氛下，于460-680℃下煅烧3-48小时，冷却后，获得一次粒径不大于20nm的VO2纳米粉体，即为高透明性热相变材料。2.根据权利要求1所述的高透明性热相变材料的制备方法，其特征在于，将下述重量百分含量的一次粒径不大于20nm的VO2纳米粉体、有机溶剂或去离子水、磷酸和直径0.1mm的氧化锆球分别装入行星高速旋转分散机中的分散罐中，转速为12000转/分钟，分散3小时后，获得具有热相变功能的一次粒径不大于20纳米的VO2水性纳米浆料，①一次粒径不大于20nm的VO2纳米粉体9.5％-30％；②有机溶剂或去离子水69％-90％；③磷酸0.5％-1％；直径为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳怡，李学成，
申请(专利权)人：上海沪正纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31