專利名稱：一種抗近紅外輻射節能窗用涂布膜的制作方法
技術領域：
本發明涉及納米光學領域，具體地說是一種含復合納米材料的吸收近紅外光的涂布膜。
背景技術：
抵達地面的太陽光波長(290-4000nm)主要分為三個波段紫外輻射(波長λ = 290-400nm)，可見光(λ = 400_760nm)，紅外輻射(λ = 760nm-lmm)；其中紅外輻射又進 一步被分為近紅外 IRAU = 760nm-1440nm)，中紅外 IRBU = 1440nm-3000nm)，遠紅外 IRC(λ = 3000nm-lmm)。雖然紅外光IR的光子能比紫外光UV低，但是太陽的總轉化能中 IR占54%，而UV只占7%。太陽光紅外輻射能中最主要的部分是IRA，因為抵達地面的太 陽能中30%的能量是在IRA范圍內的。在炎熱的夏天，建筑物、車廂及船艙等有窗戶的空間都需要用空調制冷，消耗了大 量的能源。化石能源的消耗，污染了環境，排放了二氧化碳，加劇了溫室效應。我國建筑能 耗中建筑使用能耗占80-90%，其中65%用于空調和采暖。為此，在高溫天氣里，能夠有效 地阻擋太陽光的輻射可以大大降低空調的使用率，從而達到節能的目的。目前已有許多這 方面的研究和專利。
發明內容
本發明的目的是制造一種阻擋絕大部分近紅外光的同時，又不影響可見光透過的 抗近紅外輻射節能窗用涂布膜。本發明采用如下技術方案一種抗近紅外輻射節能窗用涂布膜，具有紅外吸收的金納米材料、 輔料和透明基料材料組成的，其中金納米材料、輔料和透明基料的質量比為 0. 001-0. 02 0.01-0.2 100-500，紅外光吸收 80-100%，可見光吸收 10-40%。本發明是以一種復合納米材料的紅外區域光的吸收功能，結合透明的輔料和基料 材料制備具有特定功能的抗近紅外輻射的節能窗涂布膜。復合納米材料是一種金納米棒和三種金納米片的混合物。輔料為穩定納米材料的 高分子，如聚乙烯吡咯烷酮，巰基聚乙二醇等。基料為聚氨酯、環氧樹脂、丙烯酸漆料。復合納米材料的加入量在保證大部分紅外光吸收的基礎上，調整復合納米材料的 添加量，控制可見光區域的吸收率，不影響視覺效果。本發明的優勢在于1、本發明產品可以吸收絕大部分紅外光的同時，不影響可見光的通透，同類專利 和產品中不具有這種功能既可以最大程度上阻擋了太陽光的輻射，又不影響視覺效果；2、本發明產品因其吸收功能是源于其中的納米結構，所以不存在光漂白或使用時 間長，導致其抗紅外光功能下降等問題，從而可以延長使用壽命，降低原材料的消耗和環境 垃圾的產生
圖1吸收峰在840nm處的金納米棒的電鏡圖。圖2吸收峰分別在llOOnm，1400nm和1800nm處的金納米片的電鏡圖。圖3125微米厚的涂布膜光譜圖(760nm以下的可見光吸收40 %，760nm以上的紅 外光吸收近乎100% )。圖4吸收率計算示意圖。圖5250微米厚的涂布膜光譜圖(760nm以下的可見光吸收40 %，760nm以上的紅 外光吸收近乎100% )。
具體實施例方式實施例1，金納米棒的制備取5mL 0. 2M十六烷基溴化銨(CTAB)水溶液放入燒杯中，攪拌下滴加5mL5 X 10_4M 氯金酸水溶液。再快速加入0.6mL新鮮配制的0. OlM硼氫化鈉水溶液。溶液由淺黃色變為 棕黃色。繼續攪拌2分鐘，于25°C環境靜置2小時后作為種子液備用。在25°C環境下，取2. 5mL 0. 2M CTAB水溶液置于燒杯中，加入0. 125mL 4X ICT3M 硝酸銀水溶液。再加入2. 5mL 1 X 10_3M氯金酸水溶液，混合均勻后加入30 μ LO. 0788Μ抗 壞血酸水溶液，溶液由深棕黃色變為無色后再加入10 μ LlM鹽酸，在27 30°C環境下加入 14 μ L上述的種子液。靜置30分鐘，即得金納米棒懸浮液。所得金納米棒的電鏡和光譜見 附圖1。實施例2，金納米片的制備0.2ml 1 %的氯金酸水溶液，0. 6ml IOOmM的硼氫化鈉水溶液，0. 5ml IOmM檸檬酸 鈉依次加入到19ml水中。攪拌2分鐘后溶液變成橘紅色。靜置2小時后取一定量橘紅色 溶液加入以下溶液中氯金酸水溶液0. 103ml IOOmM抗壞血酸溶液0. 2ml,0. 2M CTAB溶 液5ml，0. 5mM碘化鉀溶液1. 5ml及IOml水的混合溶液。靜置反應4小時，加入一定濃度的 NaCl，與圓底燒瓶中自然沉降12小時，將上清倒光，再向燒瓶內加入純水，超聲處理5分鐘， 加入純水從透明變綠色，即得金納米片懸浮液。80、60和40ul橘紅色溶液加入量可以分別 得到吸收峰在1100、1400和ISOOnm的金納米片懸浮液。所得金納米片的電鏡和光譜見附 圖2。實施例3，可見光吸收20%、紅外光吸收90%的節能窗涂布膜上述制備的將吸收峰在840nm，吸收強度為1. O的金納米棒懸浮液IOOml加到 IOOml的lmg/ml的聚乙烯吡咯烷酮中室溫(20-25°C )攪拌24小時，在2000轉/分鐘離心 20分鐘，去上清，沉淀加聚氨酯漆重懸，調吸光度至6. O后形成金納棒聚氨酯懸浮液。上述制備的將吸收峰在llOOnm，吸收強度為1. O的金納米片懸浮液IOOml加到 IOOml的lmg/ml的聚乙烯吡咯烷酮中室溫(20-25°C )攪拌24小時，在1500轉/分鐘離心 20分鐘，去上清，沉淀加聚氨酯漆重懸，調吸光度至6. O后形成金納米片聚氨酯懸浮液。上述制備的將吸收峰在1400nm，吸收強度為1. O的金納米片懸浮液IOOml加到 IOOml的lmg/ml的聚乙烯吡咯烷酮中室溫(20-25°C )攪拌24小時，在1200轉/分鐘離心 20分鐘，去上清，沉淀加聚氨酯漆重懸，調吸光度至6. O后形成金納米片聚氨酯懸浮液。
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上述制備的將吸收峰在1800nm，吸收強度為1. O的金納米片懸浮液IOOml加到 IOOml的lmg/ml的聚乙烯吡咯烷酮中室溫(20-25°C )攪拌24小時，在1200轉/分鐘離心 20分鐘，去上清，沉淀加聚氨酯漆重懸，調吸光度至6. O后形成金納米片聚氨酯懸浮液。在將上述四種金納米材料的聚氨酯懸浮液按等體積混合即可。當涂布的膜厚達 125微米，可達可見光吸收20%、紅外光吸收80%的指標(見圖3，其中橫坐標為波長，縱坐 標為透過率，760nm以下的可見光吸收20%，760nm以上的紅外光吸收80%。吸收率計算方 法用全波長分光光度計測定本涂布膜的透過模式的光譜，光譜曲線以上部分的面積占的 百分比即為吸收率，計算示意圖見附圖4。以下涉及吸收率的計算都按此方法)。實施例4，可見光吸收40%、紅外光幾乎全吸收的涂布貼膜上述制備的將吸收峰在840nm，吸收強度為1. O的金納米棒懸浮液IOOml加到 IOOml的lmg/ml的巰基聚乙二醇水溶液中室溫(20_25°C )攪拌24小時，在2000轉/分鐘 離心20分鐘，去上清，沉淀加丙烯酸漆料重懸，調吸光度至6. O后形成金納米棒丙烯酸漆料 懸浮液。上述制備的將吸收峰在llOOnm，吸收強度為1. O的金納米片懸浮液IOOml加到 IOOml的lmg/ml的巰基聚乙二醇水溶液中室溫(20_25°C )攪拌24小時，在1500轉/分鐘 離心20分鐘，去上清，沉淀加丙烯酸漆料重懸，調吸光度至6. O后形成金納米片丙烯酸漆料 懸浮液。上述制備的將吸收峰在1400nm，吸收強度為1. O的金納米片懸浮液IOOml加到 IOOml的lmg/ml的巰基聚乙二醇水溶液中室溫(20_25°C )攪拌24小時，在1200轉/分鐘 離心20分鐘，去上清，沉淀加丙烯酸漆料重懸，調吸光度至6. O后形成金納米片丙烯酸漆料 懸浮液。上述制備的將吸收峰在1800nm，吸收強度為1. O的金納米片懸浮液IOOml加到 IOOml的lmg/ml的巰基聚乙二醇水溶液中室溫(20_25°C )攪拌24小時，在1200轉/分鐘 離心20分鐘，去上清，沉淀加丙烯酸漆料重懸，調吸光度至6. O后形成金納米片丙烯酸漆料 懸浮液。在將上述四種丙烯酸漆料懸浮液按等體積混合即可。當涂布的膜厚達250微米， 可見光吸收40%、紅外光全吸收的指標(見圖5，其中橫坐標為波長，縱坐標為透過率， 760nm以下的可見光吸收40%，760nm以上的紅外光吸收近乎100% )。實施例5，可見光吸收40%、紅外光幾乎全吸收的涂布貼膜上述制備的將吸收峰在840nm，吸收強度為1. O的金納米棒懸浮液IOOml加到 IOOml的lmg/ml的半胱氨酸水溶液中室溫(20_25°C )攪拌24小時，在2000轉/分鐘離心 20分鐘，去上清，沉淀加環氧樹脂重懸，調吸光度至6. O后形成金納米棒環氧樹脂懸浮液。上述制備的將吸收峰在llOOnm，吸收強度為1. O的金納米片懸浮液IOOml加到 IOOml的lmg/ml的半胱氨酸水溶液中室溫(20_25°C )攪拌24小時，在1500轉/分鐘離心 20分鐘，去上清，沉淀加環氧樹脂重懸，調吸光度至6. O后形成金納米片環氧樹脂懸浮液。上述制備的將吸收峰在1400nm，吸收強度為1. O的金納米片懸浮液IOOml加到 IOOml的lmg/ml的半胱氨酸水溶液中室溫(20_25°C )攪拌24小時，在1200轉/分鐘離心 20分鐘，去上清，沉淀加環氧樹脂重懸，調吸光度至6. O后形成金納米片環氧樹脂懸浮液。上述制備的將吸收峰在1800nm，吸收強度為1. O的金納米片懸浮液IOOml加到IOOml的lmg/ml的半胱氨酸水溶液中室溫(20_25°C )攪拌24小時，在1200轉/分鐘離心 20分鐘，去上清，沉淀加環氧樹脂重懸，調吸光度至6. 0后形成金納米片環氧樹脂懸浮液。
在將上述四種環氧樹脂懸浮液按等體積混合即可。當涂布的膜厚達250微米，可 見光吸收40%、紅外光全吸收的指標。
權利要求
一種抗近紅外輻射節能窗用涂布膜，其特征在于由具有紅外吸收的金納米材料、輔料和透明基料材料組成的，其中金納米材料、輔料和透明基料的質量比為0.001 0.02∶0.01 0.2∶100 500，紅外光吸收80 100％，可見光吸收10 40％。
2.根據權利要求1所述的抗近紅外輻射節能窗用涂布膜，其特征在于金納米材料由一 種金納米棒和三種金納米片組成，金納米棒的消光峰在850士50nm，三種金納米片的吸收峰 分別在1100士 100nm、1400士 100nm、1700士 lOOnm，金納米棒和三種金納米片之間的吸收峰 強度之比為1 1 1 1。
3.根據權利要求2所述的抗近紅外輻射節能窗用涂布膜，其特征在于金納米棒的橫截 面直徑7-15nm，長徑比為1 4-6。
4.根據權利要求2所述的抗近紅外輻射節能窗用涂布膜，其特征在于吸收峰在 1100 士 IOOnm的金納米片厚度5_15nm，其邊長為60_100nm。
5.根據權利要求2所述的抗近紅外輻射節能窗用涂布膜，其特征在于吸收峰在 1400 士 IOOnm的金納米片厚度5_15nm，其邊長為120_180nm。
6.根據權利要求2所述的抗近紅外輻射節能窗用涂布膜，其特征在于吸收峰在 1700 士 IOOnm的金納米片厚度5_15nm，其邊長為200_380nm。
7.根據權利要求1所述的抗近紅外輻射節能窗用涂布膜，其特征在于輔料為帶負電的 水溶性高分子材料或具有巰基的水溶性分子。
8.根據權利要求7所述的抗近紅外輻射節能窗用涂布膜，其特征在于帶負電的水溶性 高分子材料為聚乙烯吡咯烷酮，具有巰基的水溶性分子為巰基聚乙二醇或半胱氨酸。
9.根據權利要求1所述的抗近紅外輻射節能窗用涂布膜，其特征在于透明基料為聚氨 酯、環氧樹脂或丙烯酸漆料。
全文摘要
本發明公開了一種抗近紅外輻射節能窗用涂布膜，由具有紅外吸收的金納米材料、輔料和透明基料材料組成的，其中金納米材料、輔料和透明基料的質量比為0.001-0.02∶0.01-0.2∶100-500，紅外光吸收80-100％，可見光吸收10-40％。制備工藝為先將金納米材料加到輔料中攪拌2-24h，在將攪拌的混合物加到基料中攪拌混勻即可。將其涂布在玻璃的外表面，可以增加涂布的次數增加厚度，即可達到吸收絕大部分近紅外光輻射，且不影響可見光的通透和視覺。
文檔編號C09D175/04GK101974286SQ20101055419
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者張梟雄, 朱純, 李丹陽, 王明春, 程遠, 董健, 錢辰, 高倩 申請人:東南大學