阻隔太阳光热射线的聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阻隔太阳光热射线的聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料及其制备方法。它是包括以改性后的掺铝纳米氧化锌，与聚乙烯醇缩丁醛、增塑剂、抗氧化剂通过在分散剂中分散后，倒入模具中成型复合而成；其中掺铝纳米氧化锌、聚乙烯醇缩丁醛的重量比为：０．０１～１０∶５０。本发明专利技术有效地将纳米ＡＺＯ和ＰＶＢ复合在一起而制备的纳米复合材料，具有加工性能良好、紫外线、近红外线阻隔率和可见光透过率高、生产成本低、无毒环保等优点，广泛应用于建筑、汽车、航空等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于阻隔太阳光热射线的技术，具体涉及一种聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材 料及其制备方法。
技术介绍
聚合物基纳米复合材料因其具有许多独特的性能而得到广泛的应用。聚乙烯醇 缩丁醛(PVB)对无机玻璃有极强的粘结力，且具有耐热、耐寒、耐湿、透明、机械强度高等特 性，是当今世界上制造安全夹层玻璃的最佳粘合材料。掺铝氧化锌(ZAO)是一种新型η型 半导体，禁带宽度为3. 3eV,在可见光范围内具有高透光率，并对紫外线本征吸收，对近红外 线高度反射，广泛用于太阳能电池板、气敏传感器、平板显示器等方面。要使ZAO半导体材 料具有良好的透光性和紫外线本征吸收，就要求其禁带宽度大于可见光频率，并且在紫外 光线的范围内；要使ZAO半导体材料具有良好的近红外线反射性能，就要求其其内部有一 定的载流子浓度和迁移率。ZAO半导体材料可以通过调节成分和制备工艺来实现对其带隙 结构、载流子浓度和迁移率等的控制，从而达到其透光性、紫外线本征吸收和近红外线高度 反射相互统一。ZAO半导体材料与目前使用的铟锡氧化物(ITO)、锑锡氧化物(ATO)相比 较，具有生产成本低、资源丰富、无毒、稳定性好等特点，是取代ITO、ATO半导体的最佳候选 材料。现在尚没有文献记载如何将ZAO与PVB相结合得到一种应用广泛的阻隔太阳光热射 线的复合透明材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种阻隔太阳光热射线的聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料 及其制备方法，以弥补上述不足。本专利技术的技术方案之一为阻隔太阳光热射线的聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料， 包括以改性后的掺铝纳米氧化锌，与聚乙烯醇缩丁醛、增塑剂、抗氧化剂等通过在分散剂中 分散，倒入模具中经混炼挤压成型后流延复合而成，其中掺铝纳米氧化锌、PVB的重量比为 0. 01 5 50。它还包括辅助原料增塑剂、抗氧化剂；聚乙烯醇缩丁醛与增塑剂、抗氧化剂的重量 比为50 12 40 2 10。所述增塑剂为酯类，如三甘醇或四甘醇的脂肪族二酯、邻苯二甲酸二异辛酯(以 下简称D0P)、己二酸二烷基酯、癸二酸二烷基酯、磷酸三有机酯、亚磷酸三有机酯等，优选为 三甘醇_ 二(2-乙基己酸酯)(以下简称3G8或者3G0)和四甘醇二庚酸酯(以下简称4G7)。所述抗氧剂包括苯酚类、酚类、氨类、膦类、脂类等有机物，优选的是苯酚类，如2， 2’ -亚甲基双(6-叔丁基-4-甲基苯酚)等。所述分散剂选择无水乙醇、甲醇、四氢呋喃、N，N 二甲基甲酰胺、N，N 二甲基乙酰 胺、环己酮、正丁醇、异丙醇有机溶剂中的一种。所述改性后的掺铝纳米氧化锌是利用偶联剂将掺铝纳米氧化锌分散到分散剂中， 其中偶联剂可选择硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种。掺铝纳米氧化锌中所掺铝和纳米氧化锌的摩尔比为0.01 10 100，最优选的 摩尔比为1 5 100。本专利技术的技术方案之二为阻隔太阳光热射线的聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料的 制备方法，其步骤是(1)掺铝纳米氧化锌的制备它是利用溶胶-凝胶法、磁控溅射法、化学气相沉积 法、喷雾热解法、脉冲激光沉积法、水热法、均勻沉淀法中的一种方法制成；(2)掺铝纳米氧化锌的改性是利用偶联剂将掺铝纳米氧化锌分散到丙酮中，超 声、过滤、抽提；将抽提物再次分散到无水乙醇中二次超声、高速冷冻分离得到。偶联剂与掺 铝纳米氧化锌的重量比为1 1 5;(3)将改性后的掺铝纳米氧化锌分散液与PVB的分散液混合均勻，加入增塑剂和 抗氧化剂，混炼挤压成型后流延，制得阻隔太阳光热射线的纳米复合材料；其中改性后的掺 铝纳米氧化锌、PVB、增塑剂和抗氧化剂的重量比为0. 01 5 50 12 40 2 10。所述步骤(2)是将掺铝纳米氧化锌与溶剂丙酮混合后，加入偶联剂进行超声处 理，在60 90°C条件下搅拌均勻，过滤、抽提制得改性后的AZO ；然后在无水乙醇中二次超 声分散，在高速冷冻离心机上离心分离，取上层清液而得。所述步骤(1)掺铝纳米氧化锌的制备是溶胶凝胶法将二水合醋酸锌溶于乙二醇 甲醚，配成浓度的溶液(A)，加入与二水合醋酸锌等摩尔的乙醇胺，搅拌均勻形成无色透明 的溶液(B)；将溶液(B)在55 75°C温度下搅拌反应完全，待冷却至室温后，再加入浓度为 lmol/1的硝酸铝乙醇溶液，搅拌均勻，静置形成透明溶胶，将溶胶在50 80°C烘干，形成粘 稠透明的凝胶；然后将凝胶在250 350°C先预烧1个小时，经过研磨，最后将预烧后的粉 末在550 650°C温度下煅烧2小时，制备出掺Al的ZnO微粉。聚乙烯醇缩丁醛分散溶剂为无水乙醇，也可以是甲醇、四氢呋喃、N，N 二甲基甲酰 胺、N，N 二甲基乙酰胺、环己酮、正丁醇、异丙醇等有机溶剂中的一种或几种；增塑剂为3G8， 也可以是4G7或者DOP、己二酸二烷基酯、癸二酸二烷基酯、磷酸三有机酯、亚磷酸三有机酯 等增塑剂中的一种或几种；抗氧化剂为2，2，-亚甲基双(6-叔丁基-4-甲基苯酚)，也可以 是苯酚类、酚类、氨类、膦类、脂类等有机抗氧化剂中的一种或几种；太阳光热射线阻隔剂为 纳米ΖΑ0，其分散剂为丙酮，也可以是无水乙醇、甲醇、四氢呋喃、N，N 二甲基甲酰胺、N，N 二 甲基乙酰胺、环己酮、正丁醇、异丙醇等有机溶剂中的一种或几种；纳米ZAO中铝的摩尔参 杂量为其参杂量为0. 01 10%，最优选的摩尔参杂量为1 5%，其重量百分比介于膜片 材料的0. 01 10 ；改性剂为硅烷偶联剂KH-570，也可以是市售硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、 铝酸酯偶联剂中的一种。ZnO作为一种半导体材料，刚好对紫外光线产生本征吸收，作为PVB膜片的添加 剂，可以有效的阻隔紫外光线；经过Al掺杂后，ZnO的自由载流子浓度发生变化，当掺Al含 量为2%时，ZnO的自由载流子浓度最高，而其禁带宽度最大，作为PVB膜片的添加剂时，紫 外光线透光率最大，而近红外区域的光线透光率却最低。本专利技术有效地将纳米AZO和PVB复合在一起而制备的纳米复合材料，具有加工性 能良好、紫外线、近红外线阻隔率和可见光透过率高、生产成本低、无毒环保等优点，广泛应用于建筑、汽车、航空等领域。 附图说明图1不同AZO添加量的PVB/AZ0复合膜片的紫外可见透射光谱2不同Al掺杂含量的AZO的PVB/AZ0复合膜片的紫外可见光谱3不同Al掺杂含量的AZO的PVB/AZ0复合膜片的可见近红外光谱。具体实施例方式实施例1(1)掺铝纳米氧化锌的制备称取2. 2克(0. 01摩尔)的二水合醋酸锌溶于乙二 醇甲醚中，配成0. 01摩尔浓度的溶液A ；加入0. 61克(0. 01摩尔)的乙醇胺，搅拌均勻形 成无色透明的溶液B ；将该溶液B置于250毫升装有机械搅拌装置的三颈烧瓶中，在75°C水 浴中搅拌反应4小时。反应液冷却至室温，加入含0. 2克(0. 0005摩尔)硝酸铝的乙醇溶 液，搅拌均勻，静置24小时，形成透明溶胶。将溶胶放入80°C真空烘箱烘干，形成粘稠透明 凝胶。将凝胶放入马弗炉，在350°C预烧1小时，经研磨后，将粉末在650°C煅烧2小时，制 备出掺Al摩尔比为5%的ZnO微粉(AZO)。(2) AZO的改性称取0.8克AZO微粉，加入50毫升丙酮，滴加0.5毫升二次去离子 水，加入0. 8克硅烷偶联剂(KH570本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻隔太阳光热射线的聚乙烯醇缩丁醛（以下简称ＰＶＢ）纳米复合材料，它是包括以改性后的掺铝纳米氧化锌，与ＰＶＢ、增塑剂、抗氧化剂等通过在分散剂中分散，倒入模具中经混炼挤压成型后流延复合而成，其中掺铝纳米氧化锌、ＰＶＢ的重量比为：０．０１～５∶５０。

【技术特征摘要】
一种阻隔太阳光热射线的聚乙烯醇缩丁醛(以下简称PVB)纳米复合材料，它是包括以改性后的掺铝纳米氧化锌，与PVB、增塑剂、抗氧化剂等通过在分散剂中分散，倒入模具中经混炼挤压成型后流延复合而成，其中掺铝纳米氧化锌、PVB的重量比为0.01～5∶50。2.如权利要求1所述阻隔太阳光热射线的PVB纳米复合材料，其特征在于，它还包括辅 助原料增塑剂、抗氧化剂；PVB与增塑剂、抗氧化剂的重量比为50 12 40 2 10。3.如权利要求1所述阻隔太阳光热射线的PVB纳米复合材料，其特征在于，增塑剂为酯 类，如三甘醇或四甘醇的脂肪族二酯、邻苯二甲酸二异辛酯、己二酸二烷基酯、癸二酸二烷 基酯、磷酸三有机酯、亚磷酸三有机酯等，优选为三甘醇-二(2-乙基己酸酯)或四甘醇二 庚酸酯。4.权利要求1的纳米复合材料，其特征在于，抗氧剂包括苯酚类、酚类、氨类、膦类、脂 类等有机物，优选的是苯酚类，如2，2’ -亚甲基双(6-叔丁基-4-甲基苯酚)等。5.如权利要求1所述阻隔太阳光热射线的PVB纳米复合材料，其特征在于，分散剂为无 水乙醇、甲醇、四氢呋喃、N, N 二甲基甲酰胺、N, N 二甲基乙酰胺、环己酮、正丁醇、异丙醇等 有机溶剂中的一种。6.如权利要求1所述阻隔太阳光热射线的PVB纳米复合材料，其特征在于，掺铝纳米氧 化锌是利用偶联剂将掺铝纳米氧化锌分散到无水乙醇等分散剂中，其中偶联剂为硅烷偶联 剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种。7.一种阻隔太阳光热射线的PVB纳米复合材料制备方法，其步骤是(1)掺铝纳米氧化锌的制备它是利用溶胶_凝胶法、磁控溅射法、化学气相沉积法、喷 雾热解法、脉冲激光沉积法、水热法、均勻沉淀法中的一种方法制成；(2)掺铝纳米氧化锌的改性是利用偶联剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：张刚申，蒋涛，李伟博，王国成，肖汉文，董兵海，周威，任小明，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]