一种用于高分子聚合物的红外线阻隔剂制造技术

一种用于高分子聚合物的红外线阻隔剂，涉及一些具有较强吸收和反射红外线辐射，粒径为１０－１００ｎｍ（纳米级）和／或粒径为１００ｎｍ－１５μｍ（亚微米级）的氧化物或碳化物微粒子，所述粒子经包覆处理后能均匀地分散到高分子聚合物中或分散到以成膜高聚物为载体所制成的涂层材料中。所述红外线阻隔剂有粉状和母料粒子两类，每类有纳米级、亚微米级、混合级三种级别多种型号产品。可广泛作为：ＰＶＣ糊树脂涂层材料、油漆、乳胶漆类涂料、聚烯烃薄膜类产品、合成纤维类产品作为阻隔红外线辐射的功能性添加剂。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于阻隔红外线幅射
，特别涉及能吸收和反射红外线幅射的氧化物或碳化物等纳米粒子(粒径10--100nm)或/和亚微米微粒子(粒径100nm--15μm)。所述粒子经表面包覆处理，能均匀地分散到高分子聚合物中或分散到以成膜高分子聚合物为载体所制成的涂层材料中，形成稳定的功能型纳米或/和亚微米粒子—高分子聚合物复合结构。
技术介绍
众所周知，物质的分子、原子都在不停的运动，其运动状态也在不停地周期性变化，在变化中不断地向外幅射能量，这就是物质的热幅射现象。热幅射现象大多是通过红外线幅射来体现的。红外线幅射的强度及光谱成份取决于幅射体的绝对温度。在绝对零度以上的任何物体都要产生红外线幅射，不管是白昼或夜晚，无论高山大海、森林湖泊或者在陆地、空中、水面移动的装置都不停放射出我们肉眼看不见的红外线。就连大地也是一个巨大的黑体，即使在夜间也会以2.5--25μm波长的红外线幅射形式向外散发能量。研究表明，红外线幅射与我们遇到的各种幅射，如γ射线、X射线、紫外线、可见光、微波、无线电波一样都是以电磁波的形式向外幅射；红外线也和可见光一样具有粒子性，即它以光量子的形式对外发射和被吸收；同时还具有与可见光其他相似的特征如反射、衍射、折射、干涉、偏振。但是与可见光相比红外线具有更强的热效应和穿透能力。随着科学技术的不断发展，目前研究和利用红外线幅射的技术已经成为现代高科技领域的一个重要分枝。研究阻隔红外线幅射材料的技术，特别是研究用于高分子聚合物的红外线阻隔剂，可广泛应用于薄膜状(δ≤0.2mm)高分子聚合物材料，对军事隐身
以及民用节能
都有重要意义。由于红外线处于1μm--25μm电磁波段，具有较强的热效应和穿透能力，对用于高分子聚合物薄膜的红外线阻隔剂研究难度较大。到目前为止还未见到国内较为完整地用于薄膜状高分子聚合物的红外线阻隔剂在研究方面已取得重大进展的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用纳米和亚微米微粒子材料所显示出来的特殊纳米和亚微米微粒子物理特性，采用独特的微粒子表面包覆方法来制备红外线阻隔剂。并使其所述阻隔剂具有制备使用方便，材料成本相对低廉的特点。本专利技术的目的是这样来实现的所述红外线阻隔剂由粒径为10--100nm的纳米级和/或粒径为100nm--15μm的亚微米级氧化物或碳化物等微粒子所混合组成，可制备成粉状和粒状两种形态的红外线阻隔剂。前述微粒子表面包覆有粒子重量0.2--2％的偶联剂；所述偶联剂是钛酸脂偶联剂，硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂、非离子型表面活性剂中的1--2种。包覆有偶联剂的微粒子表面还包覆有粒子重量的3--12％的分散剂；所述分散剂是乙烯-丙烯酸共聚物、聚乙烯蜡、硬脂酸或硬脂酸金属皂中的1--2种。本专利技术首先选择具有较强吸收和反射红外线幅射功能，又具有纳米和亚微米的微小空间尺度，能较好地与高分子结构材料复合成膜的微粒子。经过查阅有关资料和小样试验，Fe2O3、SiO2、SiC、Si3N4、TiO2、Al2O3、CaCO3、云母、石墨、金属等物质的纳米或亚微米微粒子，均具有吸收和反射某些红外线光波段的功能。从我们所作的小样试验发现，事实上很难有一种单独的微粒子材料在整个红外线光波段(1μm--25μm)都具有较好的吸收和反射性能。试验表明，在前述的微粒子中选择2--8种微粒子经混合后成为常用型红外线阻隔剂(其中SiO2、Fe2O3、云母微粒子是必选粒子)。能比较理想地对整个红外线波段吸收和反射，而且也容易与高分子聚合物复合成膜。在聚合物需进行多次不同功能层作业时，如油漆、乳胶漆类涂料需要分底层和面层作业时，Fe2O3、云母、石墨等带有较深颜色的微粒子只能加到底层涂料中。故每次选择1--4种前述微粒子混合后组成分类使用型的红外线阻隔剂，前述微粒子可组成2--3种分类使用型的红外线阻隔剂。粉状和粒状两种形态的红外线阻隔剂，在高分子聚合物或以成膜高分子聚合物为载体所制成的涂层材料中的添加量，为高分子聚合物重量的5--25％；微粒子具有对红外线吸收和反射功能的机理是这样的 通过对纳米和亚微米粒子的研究发现，粒子的比表面积、表面原子数、表面能、表面张力随粒径的下降急剧增加，导致微粒子对光、电、磁反应特性大异于正常粒子。而上述纳米或/和亚微米微晶粒子就具有极大的比表面积，比同质量的一般粒子的表面积高出三个数量级以上，致使大量的原子排列在微粒子表面；再加之制备纳米或亚微米微粒子时会造成微粒子表面缺损(特别是采用球磨法制备)，形成表面原子键态严重失配，不饱和键及悬键大量增加。这时对进入表面的红外线，其光量子能量(仅为可见光光量子能量的1/20)为键态严重失配的纳米或亚微米微粒子表面原子所吸收，由于纳米或亚微米微粒子有极大比表面积，参与吸收的原子数量特别多。所以红外线能较容易地穿透较厚的常态大块物质，而不能穿透由纳米或亚微米微粒子与高聚物所复合构成δ≤0.1mm的薄膜而被其所吸收。同时上述纳米或亚微米微粒子，基本是微晶粒子形态，由四面方体到二十一面体构成，对于这样晶粒形状构成的面，能象对可见光一样也对红外线产生零乱的漫反射。依靠上述纳米或亚微米微晶粒子对红外线的吸收和反射功能，从而阻隔红外线幅射。由于纳米或亚微米微粒子比表面积、表面原子数、表面能、表面张力都特别高，微粒子间具有较强的彼此吸引、亲和的能量，因而纳米或亚微米微晶粒子有相互团聚进而形成较大结晶粒子的趋势。在使用时我们需要对微晶粒子表面进行处理，减少引力位能或/和增加排斥力位能，来保持和稳定纳米或亚微米微粒子的表征物理特性；同时还要让微粒子尽可能均匀地方散到高分子聚合物中去。因而正确选择微晶粒子表面处理工艺方法，是制备纳米或亚微米粒子与高分子聚合物复合材料的关键技术之一。如前所述，为了保持和稳定纳米或亚微米微粒子的物理表征特性，让微粒子均匀地稳定地分布在高分子材料所形成的薄膜中，需要对微粒子表面采用偶联剂及分散剂包覆处理。偶联剂分子两端的官能团各不相同，一端官能团如烷氧基能与微粒子表面残留的羟基反应形成较牢固的结合；另一端官能团则与聚合物分子有较强的亲合力，将属于无机物的微粒子较牢固地与高分子聚合物结合。采用偶联剂包覆处理微粒子的工艺方法是将微粒子按不同种类分别置于低温槽1，将前述偶联剂中的1--2种置于加热釜2中加热，并将其饱和蒸气引入真空罐3，让微粒子在0.05--0.2Mpa压力下流过喷嘴与偶联剂饱和蒸气对流，对微粒子表面包覆处理。表面包覆处理后的微粒子落入收集器4中。对微粒子进行分散剂包覆处理的工艺方法是在80--120℃温度下，将不同种类的微粒子分别与粒子重量3--12％的前述分散剂中的1--2种一起加入到高效机械搅拌装置中充分搅拌，对粒子表面进行包覆分散剂处理。制备粉状红外线阻隔剂的方法是依次采用下述步骤将分别经表面包覆处理的前述各种微粒子，按不同红外线阻隔剂所确定的配合比例，加入搅拌机中相互混合。常用型(基本型)红外线阻隔剂按下述重量(含包覆剂)比例混合 SiO240-60％、 Fe2O310-25％、 云母 8-20％TiO25-25％、 CaCO35-15％、 Al2O35-15％分类使用型红外线阻隔剂一般分底层和面层红外线阻隔剂；常用底层红外线阻隔剂混合比例为Fe2O315-3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高分子聚合物的红外线阻隔剂，其特征是所述红外线阻隔剂由粒径为１０－－１００ｎｍ的纳米级和／或粒径为１００ｎｍ－－１５μｍ的亚微米级氧化物或碳化物等微粒子所混合组成，制备成粉状和粒状两种形态的红外线阻隔剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：何长杰，王国强，
申请(专利权)人：何长杰，王国强，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]