专利名称：Pc阳光板专用母料及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种PC阳光板专用母料和PC阳光板的制备方法。
背景技术：
PC阳光板是一种新型建筑材料，具有透明、质轻、价廉的优点。但其在放进可见光 的同时，对红外光即阳光中的主要热源光也放了进来，即其隔热性能较差。ATO(锑掺杂二氧化锡)是具有特殊光电性能的材料，将纳米ATO均与分散到 PC(聚碳酸酯)中，可以让PC阳光板具有良好的透明隔热效果。专利申请CN101421353A 将ATO先用高分子分散剂改性得到改性ATO颗粒，再与PC混合，并且还要加上小分子的助 剂，挤出得到PC复合材料。虽然使得ATO能够较好的分散于PC中，但此工艺相对复杂，且 引入了另一种高分子材料，必将导致与PC树脂的相容性问题，引起界面效应导致透明性下 降等。而众所周知纯PC树脂流动性比较差，导致加工比较困难，而且上述方法进行生产依 然存在加工难的问题。因此，如何找到一种将ATO既能以纳米分散方式均勻混入PC阳光板 中，但又不引入其它聚合物以导致PC阳光板透明性降低，同时可以提高流动性以易于加工 的方法，是急需的。
发明内容
本发明要解决的首要技术问题在于提供一种PC阳光板专用母料，该母料具有高 加工流动性，适用于制备透明性较高、隔热效果好的PC阳光板。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种PC阳光板专用母料，其制备方法包括以下步骤(1)将ATO粉体用质量为ATO质量的0. 1 10%的分散剂进行纳米化分散和改性， 得到ATO纳米颗粒；所述的分散剂为硅烷偶联剂或硬脂酸；(2)将ATO纳米颗粒熔融掺混到PC树脂中制成ATO质量分数在1 % 50 %的PC 阳光板专用母料。本发明所述的ATO粉体，即锑掺杂二氧化锡，呈浅蓝色，可使用市售商品，如向上 海沪正纳米有限公司、甘肃文县美迪林纳米材料开发有限公司、山东正元纳米材料工程有 限公司等公司购买，也可根据有关文献如[《湖南科技大学学报》2005，20，(3)71]、[《表 面技术》2005，34，(4)6]、[《硅酸盐学报》2006，34 (4)，417]以及公开专利如CN1317803A、 CN101597022、CN101468397、CN101428849等介绍的方法如化学共沉淀法、水热合成法、燃烧 合成法等自行制备。本发明使用的ATO粉体中锑掺杂量为1 30mol%，优选8 IOmol%。进一步，本发明步骤(1)中，所述分散剂的加入质量优选为ATO质量的0.5 5%， 最优选为1.0%左右。本发明步骤(1)中所说的纳米化分散和改性是指先利用分散剂对ATO进行纳米改 性制得分散较好、稳定的浆液，浆液中ATO粒径在IOOnm以下。再将ATO浆液蒸干并研磨得 到ATO纳米颗粒。
进一步，本发明推荐所述的步骤(1)具体采用如下方法将硅烷偶联剂和ATO粉体 加入水中搅拌得到固含量在15 55%的悬浮液，调节悬浮液pH值至9 11 ；将所得悬浮 液进行球磨处理，得到浆液，迅速调节pH值至6 8 ；再将浆液蒸干并研磨得到ATO纳米颗 粒。本发明所述的硅烷偶联剂，是指含有易水解的Si-O-R结构的硅烷，如可使用 KH550、KH560、KH570等型号的硅烷偶联剂。本发明使用的硅烷偶联剂在水中水解或与颗粒 表面发生界面反应的最佳PH值为 4. 0。但ATO中通常含有容易解离的Cl离子，致使其悬 浮液初始PH值为2 3，“磨开”后降到1 2 (均为ATO悬浮液固含量为15 55%时)， 故球磨前只有将其PH值调为9 11才能实现球磨过程中pH值维持在4. 0左右，从而大大 加快界面反应速率，大幅降低球磨分散时间，实现快速、高效、稳定的纳米分散。调节悬浮液 和浆液PH值可使用碱液，如常用的氢氧化钠溶液，其浓度推荐为0. 5 2mol/L，也可以使用 氨水等常用碱液。更进一步，本发明所述的球磨处理具体为以锆珠为球磨珠，将所得悬浮液放入球 磨机中球磨0. 5-7. 5小时，然后除去球磨珠，得到浆液。再进一步，我们发现，在球磨过程中，具有球磨珠越细，ATO粉体的装载量就越大、 效率就越高、所得浆液的粒径也就越小的规律，故本发明优选使用具有高比表面的直径 0. 1 1. 5mm锆珠作为球磨珠，从而ATO粉体可装至球磨珠体积1/3至1/2，高于现有球磨 工艺中的1/6至1/4。同时，所得浆液的颗粒平均直径也较小，在25 50nm之间。再进一 步，本发明中，所用球磨机的转速在180 580rpm之间。再进一步，优选球磨时间为2. 5 7. 5小时。进一步，本发明推荐所述的步骤⑴具体采用如下方法将硬脂酸和ATO粉体加 入无水乙醇中搅拌得到固含量在15 30%的悬浮液；将所得悬浮液进行球磨处理，得到浆 液；再将浆液蒸干并研磨得到ATO纳米颗粒。所述的球磨处理的具体操作和条件设置同上， 不再赘述。本发明步骤(2)中，所述的熔融掺混是指将ATO纳米颗粒与PC树脂颗粒按一定 质量比例混合，在220 280°C的温度条件下共混挤出，制得ATO质量分数在 50%的 PC阳光板专用母料。进一步，优选所述的PC阳光板专用母料中ATO质量分数为10% 30%。本发明制得的PC阳光板专用母料具有高流动性的特点，所说的高流动性是指相 比于难加工的纯PC树脂，本发明所述母料稳定时的加工扭矩降低了 50%以上，并且随着母 料中ATO含量的增加，其加工流动性能更好，从而使得加工难度大大降低。同时，本发明经 分散剂处理后的ATO颗粒的尺寸在纳米级，甚至颗粒平均直径可以达到25-50nm，使得其在 PC阳光板母料中的分散效果较好。本发明要解决的第二个技术问题是将本发明制得的PC阳光板母料用于制备透明 性较高、隔热效果好的PC阳光板。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种PC阳光板的制备方法，包括如下步骤将PC阳光板专用母料在PC树脂中共 混稀释，并以熔融态挤出或热压成不同厚度的片材(如0. lmm、0. 2mm、0. 5mm等)，即可得到 所述的PC阳光板。
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本发明所说的共混稀释是指将相对高浓度的PC阳光板母料与PC树脂颗粒按照一 定比例混合，制备较低浓度的ATO-PC复合材料，以用于制备透明隔热的PC阳光板。本发明所说的透明隔热是指阳光板对红外光(波长760-2600nm)的阻隔率大于 60%，而对可见光(波长400-760nm)的透过率大于70%。本发明所说的PC阳光板是指由聚碳酸酯(PC)树脂经过加工成型得到的透明板 材。本发明制得的PC阳光板母料中ATO的分散状态，可用TEM即透射电镜检测；母料 的透明隔热性能，可通过与纯PC共混稀释后得到的透明隔热板材的隔热效果或光谱响应 来检测。对前者，将板材覆盖于一敞口聚苯乙烯泡沫塑料箱上，置于一盏红外灯下一定距 离处接受照射(见图1)。若板材表面温度较纯PC板材的表面温度明显升高，或者覆盖有 ATO-PC板材的塑料箱的箱内温度较覆盖有纯PC板材的塑料箱的箱内温度明显降低，即证 明ATO-PC板材的隔热效果良好。对后者，是将板材作紫外-可见-近红外光谱性能测试。与现有技术相比，本发明的有益效果在于A)PC阳光板母料中ATO含量较高，具有高流动性能，易于加工。B)本发明制得的ATO浆液具有纳米级分散，用它制得的ATO颗粒在PC树脂中能达 到纳米级分散，从而获得良好的分散效果。C)本发明通过先制得PC阳光板母料，然后再将所得母料与PC树脂以不同比例混 合生产不同含量的PC阳光板，由于PC阳光板的高流动性能和良好的分散性，使得加工比较 简单，制得的PC阳光板中ATO分散性好，从而使得透明性较好、隔热效果好。
图1为本发明中测试板材隔热效果的装置；其中1_红外灯；2-AT0-PC板材；3_泡 沫塑料箱；4_锡钼纸挡板；5-水银温度计；图2中a和b分别为实施例1和实施例2所得ATO颗粒的直径及分布；图3为实施例4制得的ATO-PC纳米复合材料的TEM图，其中右图为左图的放大；图4为实施例4中得到的Imm厚的ATO-PC板材的隔热效果；图5为实施例4和实施例5中得到的板材的光谱响应图；图6为不同ATO含量母料的应力-应变曲线；图7为不同ATO含量母料的加工扭矩即加工流动性。
具体实施例方式以下实例进一步说明本发明，但这些实例并不用来限制本发明。实施例1ATO改性将约占ATO (上海沪正纳米有限公司)质量1. 0%的分散剂KH570 (国药 集团化学试剂有限公司)加入到蒸馏水中并搅拌，再加入ATO配置成固含量为30%的悬浮 液，用IM的NaOH溶液调节悬浮液pH至10，用球磨法改性ATO (球磨机型号QM-2SP12、球磨 珠为粒径Imm的锆珠、球磨机转速380rpm、球磨时间7. 5h)得到浆液，调节pH调至8. 0左右 (浆液中ATO的颗粒直径见图2a)。再将纳米分散的ATO浆液在旋转蒸发仪中以45°C左右 蒸干后研磨得到ATO纳米颗粒。
实施例2将分散剂KH570改为KH560 (国药集团化学试剂有限公司)，同时使用量改为ATO 质量的1. 8%，其它同实施例1，得到浆液调节pH调至8. 0左右(浆液中ATO的颗粒直径见 图 2b)。实施例3将0. 2g的分散剂硬脂酸加入80g无水乙醇中并搅拌，再加入20g的ΑΤ0(上海沪 正纳米有限公司)，用球磨法改性ATO (球磨机型号QM-2SP12、球磨珠为粒径Imm的锆珠、球 磨机转速380rpm、球磨时间2. 5h)得到ATO的无水乙醇浆液。再将纳米分散的ATO浆液在 旋转蒸发仪中以30°C左右蒸干研磨得到ATO纳米颗粒。实施例4将实施例1中得到的ATO纳米颗粒以1 4的质量比与纯PC树脂颗粒混合，并在 塑料双螺杆挤出机(TE-35，南京科亚化工装备有限公司)中共混挤出，挤出机温度设定在 240°C至280°C，水冷造粒后得到均勻混合并且ATO分散较好的母料，ATO含量为20%。再将 母料以1 19的质量比与纯PC颗粒在挤出机中稀释共混得到ATO含量为1. 0%的ATO-PC 复合材料(ΑΤΟ在PC中的分散见图3)，经热压成型得到0. 4mm和Imm厚的ATO-PC板材，其 实际隔热效果见图4，光谱响应见图5。可见母料确实赋予了 PC板材透明隔热功能。实施例5其它同实施例4，但将母料以1 9的质量比与纯PC颗粒在挤出机中稀释共混得 到ATO含量为2. 0%的ATO-PC复合材料，经热压成型得到0. 4mm和Imm厚的ATO-PC板材， 其光谱响应见图5。实施例6分别将实施例1制得的ATO纳米颗粒以1 99、1 19、1 9、1 4的质量比与
纯PC树脂颗粒混合并在挤出机中共混挤出，获得ATO含量为1. 0 %、5%、10 %和20%的母 料。用毛细管流变仪(RH7，英国BOHLIN公司)测其应力-应变关系，发现，ATO含量越多， 其加工流动性能越好(见图6)。HAKKE转矩流变仪测试亦得到相似结论，S卩加工流动性能 随ATO含量增多而变好(图7)。加入ATO后复合材料加工性能变好，具有重要应用价值，这 意味着我们可以将母料直接应用PC阳光板的共挤层(厚 50 μ m)，制得超薄透明隔热共挤 层，同样能赋予PC阳光板透明隔热作用。
权利要求
一种PC阳光板专用母料，所述的PC阳光板专用母料的制备包括以下步骤(1)将ATO粉体用质量为ATO质量的0.1～10％的分散剂进行纳米化分散和改性，得到ATO纳米颗粒；所述的分散剂为硅烷偶联剂或硬脂酸；(2)将ATO纳米颗粒熔融掺混到PC树脂中制成ATO质量分数在1％～50％的PC阳光板专用母料。
2.按权利要求1所述的PC阳光板专用母料，其特征是所述的步骤(1)具体采用如下方 法将硅烷偶联剂和ATO粉体加入水中搅拌得到固含量在15 55%的悬浮液，调节悬浮液 PH值至9 11 ；将所得悬浮液进行球磨处理，得到浆液，迅速调节pH值至6 8 ；再将浆液 蒸干并研磨得到ATO纳米颗粒。
3.按权利要求1所述的PC阳光板专用母料，其特征是所述的步骤(1)具体采用如下方 法将硬脂酸和ATO粉体加入无水乙醇中搅拌得到固含量在15 30%的悬浮液；将所得悬 浮液进行球磨处理，得到浆液；再将浆液蒸干并研磨得到ATO纳米颗粒。
4.按权利要求2或3所述的PC阳光板专用母料，其特征是所述的球磨处理具体为 以锆珠为球磨珠，将所得悬浮液放入球磨机中球磨0. 5-7. 5小时，然后除去球磨珠，得到浆 液。
5.按权利要求4所述的PC阳光板专用母料，其特征是所述锆珠直径为0.1 1. 5mm。
6.按权利要求1 3之一所述的PC阳光板专用母料，其特征是所述分散剂的加入质量 为ATO质量的0.5 5%。
7.按权利要求1所述的PC阳光板专用母料，其特征是步骤(2)所述的熔融掺混是指 将ATO纳米颗粒与PC树脂颗粒按一定质量比例混合，在220 280°C的温度条件下共混挤 出，制得ATO质量分数在1 % 50 %的PC阳光板专用母料。
8.按权利要求1或7所述的PC阳光板专用母料，其特征是所述的PC阳光板专用母料 中ATO质量分数为10 % 30 %。
9.如权利要求1所述的PC阳光板母料在制备PC阳光板中的应用，所述PC阳光板的制 备方法包括将PC阳光板专用母料在PC树脂中共混稀释，并以熔融态挤出或热压成片材， 得到所述的PC阳光板。
全文摘要
本发明公开了一种PC阳光板专用母料及其应用，所述PC阳光板专用母料的制备方法包括以下步骤(1)将ATO用质量为ATO质量的0.1～10％的分散剂进行纳米化分散和改性，得到ATO纳米颗粒；所述的分散剂为硅烷偶联剂或硬脂酸；所述的ATO即锑掺杂二氧化锡；(2)将ATO纳米颗粒熔融掺混到PC树脂中制成ATO质量分数在1％～50％的PC阳光板专用母料。该母料具有高加工流动性，适用于制备透明性较高、隔热效果好的PC阳光板。
文档编号C09C3/04GK101921470SQ20101023829
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者冯杰, 董绍春, 钟明强 申请人:浙江工业大学