專利名稱：Pc陽光板專用母料及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及了一種PC陽光板專用母料和PC陽光板的制備方法。
背景技術：
PC陽光板是一種新型建筑材料，具有透明、質輕、價廉的優點。但其在放進可見光 的同時，對紅外光即陽光中的主要熱源光也放了進來，即其隔熱性能較差。ATO(銻摻雜二氧化錫)是具有特殊光電性能的材料，將納米ATO均與分散到 PC(聚碳酸酯)中，可以讓PC陽光板具有良好的透明隔熱效果。專利申請CN101421353A 將ATO先用高分子分散劑改性得到改性ATO顆粒，再與PC混合，并且還要加上小分子的助 劑，擠出得到PC復合材料。雖然使得ATO能夠較好的分散于PC中，但此工藝相對復雜，且 引入了另一種高分子材料，必將導致與PC樹脂的相容性問題，引起界面效應導致透明性下 降等。而眾所周知純PC樹脂流動性比較差，導致加工比較困難，而且上述方法進行生產依 然存在加工難的問題。因此，如何找到一種將ATO既能以納米分散方式均勻混入PC陽光板 中，但又不引入其它聚合物以導致PC陽光板透明性降低，同時可以提高流動性以易于加工 的方法，是急需的。
發明內容
本發明要解決的首要技術問題在于提供一種PC陽光板專用母料，該母料具有高 加工流動性，適用于制備透明性較高、隔熱效果好的PC陽光板。為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案一種PC陽光板專用母料，其制備方法包括以下步驟(1)將ATO粉體用質量為ATO質量的0. 1 10%的分散劑進行納米化分散和改性， 得到ATO納米顆粒；所述的分散劑為硅烷偶聯劑或硬脂酸；(2)將ATO納米顆粒熔融摻混到PC樹脂中制成ATO質量分數在1 % 50 %的PC 陽光板專用母料。本發明所述的ATO粉體，即銻摻雜二氧化錫，呈淺藍色，可使用市售商品，如向上 海滬正納米有限公司、甘肅文縣美迪林納米材料開發有限公司、山東正元納米材料工程有 限公司等公司購買，也可根據有關文獻如[《湖南科技大學學報》2005，20，(3)71]、[《表 面技術》2005，34，(4)6]、[《硅酸鹽學報》2006，34 (4)，417]以及公開專利如CN1317803A、 CN101597022、CN101468397、CN101428849等介紹的方法如化學共沉淀法、水熱合成法、燃燒 合成法等自行制備。本發明使用的ATO粉體中銻摻雜量為1 30mol%，優選8 IOmol%。進一步，本發明步驟(1)中，所述分散劑的加入質量優選為ATO質量的0.5 5%， 最優選為1.0%左右。本發明步驟(1)中所說的納米化分散和改性是指先利用分散劑對ATO進行納米改 性制得分散較好、穩定的漿液，漿液中ATO粒徑在IOOnm以下。再將ATO漿液蒸干并研磨得 到ATO納米顆粒。
進一步，本發明推薦所述的步驟(1)具體采用如下方法將硅烷偶聯劑和ATO粉體 加入水中攪拌得到固含量在15 55%的懸浮液，調節懸浮液pH值至9 11 ；將所得懸浮 液進行球磨處理，得到漿液，迅速調節pH值至6 8 ；再將漿液蒸干并研磨得到ATO納米顆 粒。本發明所述的硅烷偶聯劑，是指含有易水解的Si-O-R結構的硅烷，如可使用 KH550、KH560、KH570等型號的硅烷偶聯劑。本發明使用的硅烷偶聯劑在水中水解或與顆粒 表面發生界面反應的最佳PH值為 4. 0。但ATO中通常含有容易解離的Cl離子，致使其懸 浮液初始PH值為2 3，“磨開”后降到1 2 (均為ATO懸浮液固含量為15 55%時)， 故球磨前只有將其PH值調為9 11才能實現球磨過程中pH值維持在4. 0左右，從而大大 加快界面反應速率，大幅降低球磨分散時間，實現快速、高效、穩定的納米分散。調節懸浮液 和漿液PH值可使用堿液，如常用的氫氧化鈉溶液，其濃度推薦為0. 5 2mol/L，也可以使用 氨水等常用堿液。更進一步，本發明所述的球磨處理具體為以鋯珠為球磨珠，將所得懸浮液放入球 磨機中球磨0. 5-7. 5小時，然后除去球磨珠，得到漿液。再進一步，我們發現，在球磨過程中，具有球磨珠越細，ATO粉體的裝載量就越大、 效率就越高、所得漿液的粒徑也就越小的規律，故本發明優選使用具有高比表面的直徑 0. 1 1. 5mm鋯珠作為球磨珠，從而ATO粉體可裝至球磨珠體積1/3至1/2，高于現有球磨 工藝中的1/6至1/4。同時，所得漿液的顆粒平均直徑也較小，在25 50nm之間。再進一 步，本發明中，所用球磨機的轉速在180 580rpm之間。再進一步，優選球磨時間為2. 5 7. 5小時。進一步，本發明推薦所述的步驟⑴具體采用如下方法將硬脂酸和ATO粉體加 入無水乙醇中攪拌得到固含量在15 30%的懸浮液；將所得懸浮液進行球磨處理，得到漿 液；再將漿液蒸干并研磨得到ATO納米顆粒。所述的球磨處理的具體操作和條件設置同上， 不再贅述。本發明步驟(2)中，所述的熔融摻混是指將ATO納米顆粒與PC樹脂顆粒按一定 質量比例混合，在220 280°C的溫度條件下共混擠出，制得ATO質量分數在 50%的 PC陽光板專用母料。進一步，優選所述的PC陽光板專用母料中ATO質量分數為10% 30%。本發明制得的PC陽光板專用母料具有高流動性的特點，所說的高流動性是指相 比于難加工的純PC樹脂，本發明所述母料穩定時的加工扭矩降低了 50%以上，并且隨著母 料中ATO含量的增加，其加工流動性能更好，從而使得加工難度大大降低。同時，本發明經 分散劑處理后的ATO顆粒的尺寸在納米級，甚至顆粒平均直徑可以達到25-50nm，使得其在 PC陽光板母料中的分散效果較好。本發明要解決的第二個技術問題是將本發明制得的PC陽光板母料用于制備透明 性較高、隔熱效果好的PC陽光板。為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案一種PC陽光板的制備方法，包括如下步驟將PC陽光板專用母料在PC樹脂中共 混稀釋，并以熔融態擠出或熱壓成不同厚度的片材(如0. lmm、0. 2mm、0. 5mm等)，即可得到 所述的PC陽光板。
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本發明所說的共混稀釋是指將相對高濃度的PC陽光板母料與PC樹脂顆粒按照一 定比例混合，制備較低濃度的ATO-PC復合材料，以用于制備透明隔熱的PC陽光板。本發明所說的透明隔熱是指陽光板對紅外光(波長760-2600nm)的阻隔率大于 60%，而對可見光(波長400-760nm)的透過率大于70%。本發明所說的PC陽光板是指由聚碳酸酯(PC)樹脂經過加工成型得到的透明板 材。本發明制得的PC陽光板母料中ATO的分散狀態，可用TEM即透射電鏡檢測；母料 的透明隔熱性能，可通過與純PC共混稀釋后得到的透明隔熱板材的隔熱效果或光譜響應 來檢測。對前者，將板材覆蓋于一敞口聚苯乙烯泡沫塑料箱上，置于一盞紅外燈下一定距 離處接受照射(見圖1)。若板材表面溫度較純PC板材的表面溫度明顯升高，或者覆蓋有 ATO-PC板材的塑料箱的箱內溫度較覆蓋有純PC板材的塑料箱的箱內溫度明顯降低，即證 明ATO-PC板材的隔熱效果良好。對后者，是將板材作紫外-可見-近紅外光譜性能測試。與現有技術相比，本發明的有益效果在于A)PC陽光板母料中ATO含量較高，具有高流動性能，易于加工。B)本發明制得的ATO漿液具有納米級分散，用它制得的ATO顆粒在PC樹脂中能達 到納米級分散，從而獲得良好的分散效果。C)本發明通過先制得PC陽光板母料，然后再將所得母料與PC樹脂以不同比例混 合生產不同含量的PC陽光板，由于PC陽光板的高流動性能和良好的分散性，使得加工比較 簡單，制得的PC陽光板中ATO分散性好，從而使得透明性較好、隔熱效果好。
圖1為本發明中測試板材隔熱效果的裝置；其中1_紅外燈；2-AT0-PC板材；3_泡 沫塑料箱；4_錫鉬紙擋板；5-水銀溫度計；圖2中a和b分別為實施例1和實施例2所得ATO顆粒的直徑及分布；圖3為實施例4制得的ATO-PC納米復合材料的TEM圖，其中右圖為左圖的放大；圖4為實施例4中得到的Imm厚的ATO-PC板材的隔熱效果；圖5為實施例4和實施例5中得到的板材的光譜響應圖；圖6為不同ATO含量母料的應力-應變曲線；圖7為不同ATO含量母料的加工扭矩即加工流動性。
具體實施例方式以下實例進一步說明本發明，但這些實例并不用來限制本發明。實施例1ATO改性將約占ATO (上海滬正納米有限公司)質量1. 0%的分散劑KH570 (國藥 集團化學試劑有限公司)加入到蒸餾水中并攪拌，再加入ATO配置成固含量為30%的懸浮 液，用IM的NaOH溶液調節懸浮液pH至10，用球磨法改性ATO (球磨機型號QM-2SP12、球磨 珠為粒徑Imm的鋯珠、球磨機轉速380rpm、球磨時間7. 5h)得到漿液，調節pH調至8. 0左右 (漿液中ATO的顆粒直徑見圖2a)。再將納米分散的ATO漿液在旋轉蒸發儀中以45°C左右 蒸干后研磨得到ATO納米顆粒。
實施例2將分散劑KH570改為KH560 (國藥集團化學試劑有限公司)，同時使用量改為ATO 質量的1. 8%，其它同實施例1，得到漿液調節pH調至8. 0左右(漿液中ATO的顆粒直徑見 圖 2b)。實施例3將0. 2g的分散劑硬脂酸加入80g無水乙醇中并攪拌，再加入20g的ΑΤ0(上海滬 正納米有限公司)，用球磨法改性ATO (球磨機型號QM-2SP12、球磨珠為粒徑Imm的鋯珠、球 磨機轉速380rpm、球磨時間2. 5h)得到ATO的無水乙醇漿液。再將納米分散的ATO漿液在 旋轉蒸發儀中以30°C左右蒸干研磨得到ATO納米顆粒。實施例4將實施例1中得到的ATO納米顆粒以1 4的質量比與純PC樹脂顆粒混合，并在 塑料雙螺桿擠出機(TE-35，南京科亞化工裝備有限公司)中共混擠出，擠出機溫度設定在 240°C至280°C，水冷造粒后得到均勻混合并且ATO分散較好的母料，ATO含量為20%。再將 母料以1 19的質量比與純PC顆粒在擠出機中稀釋共混得到ATO含量為1. 0%的ATO-PC 復合材料(ΑΤΟ在PC中的分散見圖3)，經熱壓成型得到0. 4mm和Imm厚的ATO-PC板材，其 實際隔熱效果見圖4，光譜響應見圖5。可見母料確實賦予了 PC板材透明隔熱功能。實施例5其它同實施例4，但將母料以1 9的質量比與純PC顆粒在擠出機中稀釋共混得 到ATO含量為2. 0%的ATO-PC復合材料，經熱壓成型得到0. 4mm和Imm厚的ATO-PC板材， 其光譜響應見圖5。實施例6分別將實施例1制得的ATO納米顆粒以1 99、1 19、1 9、1 4的質量比與
純PC樹脂顆粒混合并在擠出機中共混擠出，獲得ATO含量為1. 0 %、5%、10 %和20%的母 料。用毛細管流變儀(RH7，英國BOHLIN公司)測其應力-應變關系，發現，ATO含量越多， 其加工流動性能越好(見圖6)。HAKKE轉矩流變儀測試亦得到相似結論，S卩加工流動性能 隨ATO含量增多而變好(圖7)。加入ATO后復合材料加工性能變好，具有重要應用價值，這 意味著我們可以將母料直接應用PC陽光板的共擠層(厚 50 μ m)，制得超薄透明隔熱共擠 層，同樣能賦予PC陽光板透明隔熱作用。
權利要求
一種PC陽光板專用母料，所述的PC陽光板專用母料的制備包括以下步驟(1)將ATO粉體用質量為ATO質量的0.1～10％的分散劑進行納米化分散和改性，得到ATO納米顆粒；所述的分散劑為硅烷偶聯劑或硬脂酸；(2)將ATO納米顆粒熔融摻混到PC樹脂中制成ATO質量分數在1％～50％的PC陽光板專用母料。
2.按權利要求1所述的PC陽光板專用母料，其特征是所述的步驟(1)具體采用如下方 法將硅烷偶聯劑和ATO粉體加入水中攪拌得到固含量在15 55%的懸浮液，調節懸浮液 PH值至9 11 ；將所得懸浮液進行球磨處理，得到漿液，迅速調節pH值至6 8 ；再將漿液 蒸干并研磨得到ATO納米顆粒。
3.按權利要求1所述的PC陽光板專用母料，其特征是所述的步驟(1)具體采用如下方 法將硬脂酸和ATO粉體加入無水乙醇中攪拌得到固含量在15 30%的懸浮液；將所得懸 浮液進行球磨處理，得到漿液；再將漿液蒸干并研磨得到ATO納米顆粒。
4.按權利要求2或3所述的PC陽光板專用母料，其特征是所述的球磨處理具體為 以鋯珠為球磨珠，將所得懸浮液放入球磨機中球磨0. 5-7. 5小時，然后除去球磨珠，得到漿 液。
5.按權利要求4所述的PC陽光板專用母料，其特征是所述鋯珠直徑為0.1 1. 5mm。
6.按權利要求1 3之一所述的PC陽光板專用母料，其特征是所述分散劑的加入質量 為ATO質量的0.5 5%。
7.按權利要求1所述的PC陽光板專用母料，其特征是步驟(2)所述的熔融摻混是指 將ATO納米顆粒與PC樹脂顆粒按一定質量比例混合，在220 280°C的溫度條件下共混擠 出，制得ATO質量分數在1 % 50 %的PC陽光板專用母料。
8.按權利要求1或7所述的PC陽光板專用母料，其特征是所述的PC陽光板專用母料 中ATO質量分數為10 % 30 %。
9.如權利要求1所述的PC陽光板母料在制備PC陽光板中的應用，所述PC陽光板的制 備方法包括將PC陽光板專用母料在PC樹脂中共混稀釋，并以熔融態擠出或熱壓成片材， 得到所述的PC陽光板。
全文摘要
本發明公開了一種PC陽光板專用母料及其應用，所述PC陽光板專用母料的制備方法包括以下步驟(1)將ATO用質量為ATO質量的0.1～10％的分散劑進行納米化分散和改性，得到ATO納米顆粒；所述的分散劑為硅烷偶聯劑或硬脂酸；所述的ATO即銻摻雜二氧化錫；(2)將ATO納米顆粒熔融摻混到PC樹脂中制成ATO質量分數在1％～50％的PC陽光板專用母料。該母料具有高加工流動性，適用于制備透明性較高、隔熱效果好的PC陽光板。
文檔編號C09C3/04GK101921470SQ20101023829
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月28日 優先權日2010年7月28日
發明者馮杰, 董紹春, 鐘明強 申請人:浙江工業大學