CN103102083A

CN103102083A - 一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法

Info

Publication number: CN103102083A
Application number: CN2013100597450A
Authority: CN
Inventors: 黄延伟; 陆扣留
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2013-05-15

Abstract

本发明公开了一种纳米氧化锡锑(ATO)透明隔热薄膜的制备方法，包括如下步骤：1）制备纳米ATO浆料，将ATO纳米粉末与分散剂按比例混合并充分搅拌，调节pH值，配制成纳米ATO浆料；2）制备纳米ATO隔热涂料，将纳米ATO浆料与水性聚氨酯混合，调节pH值，加入流平剂、消泡剂、增稠剂进行分散制得纳米隔热涂料；3）制备透明隔热薄膜，将清洗干净的玻璃基底浸没于前述所制备的纳米隔热涂料液体中，利用旋涂法/提拉法/线棒涂膜法在玻璃基底上制备透明薄膜。本发明方法制备的纳米ATO透明隔热薄膜具有较高的可见光透过率和红外阻隔性，适用于建筑隔热玻璃。在薄膜制备过程中，工艺简单环保、成本低、可大面积均匀成膜。

Description

一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法

技术领域

本发明属于建筑用纳米隔热玻璃技术领域，具体为一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法。

背景技术

随着能源资源的日益紧张，我国已制定出以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济的发展模式，建筑节能是低碳经济产业发展的重要组成部分，目前，建筑隔热玻璃主要有中空玻璃、真空玻璃、Low-E玻璃、阳光控制玻璃以及贴膜玻璃等，这些玻璃的价格由于工艺繁杂、价格昂贵难以大规模应用，因此开发工艺简单、低廉的优质透明隔热玻璃仍是研究的热点之一。适合制备透明隔热玻璃的材料应选取对太阳光谱具有选择性的半导体材料，如氧化锡铟(ITO)和氧化锡锑(ATO)，其中由于ITO中铟原料的储备日益减少、价格高昂，而ATO成本相对较低，应用前景较为广阔。纳米ATO是一种常见的半导体材料，其薄膜具有较高的可见光透过率和红外阻隔性，将纳米ATO应用于涂料中制备出透明隔热薄膜，在建筑隔热玻璃上具有极高的应用价值。

现有技术中制备纳米ATO薄膜的方法有：直流磁控溅射法、化学气相沉积法、电子束蒸发法以及溶胶凝胶法等，这些制备方法存在着设备要求高、薄膜颗粒尺度难以控制以及无法大面积均匀成膜等缺点，而将纳米ATO粉末直接应用于涂料中，通过球磨、超声、高速搅拌充分分散在水性溶剂中，制得ATO纳米涂料再进行涂膜，是一种简单便捷的制备具有与涂料性质一致的隔热薄膜的方法。在制备过程中，由于使用了水性溶剂，避免了有机溶剂对环境的污染，所制备的纳米ATO浆料与水性聚氨酯是一种透明隔热涂料，具有成本低廉、制作工艺简单、施工方便等优点。利用旋涂法/提拉法/线棒涂膜法进行涂膜不仅能保证所制备的薄膜粒径与原料一致、膜厚可控，而且设备简单、可大面积均匀成膜。此法制备的透明隔热薄膜具有良好的隔热效果、高的可见光透过率，在建筑玻璃领域具有很好的市场前景和极高的推广价值。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简单易行、成本低、效率高的制备纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的方法。

本发明是一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法，具体步骤为：按一定分散剂(无水乙醇、去离子水或正丁醇)与纳米ATO粉末比充分混合，调节混合物的pH值在7～8偏碱性为宜，将混合物放入球磨机、超声发生器或磁力搅拌器中进行分散，同时加入稳定剂，得到分散好的纳米ATO浆料体系，其中球磨球为直径2～2.8 cm的玛瑙珠，转速为250r/min，球磨时间为4h以上，超声波发生器频率为20000Hz，磁力搅拌速度为100 r/min。将制得的纳米ATO浆料与水性聚氨酯混合，调节pH值7～8，再进行球磨、超声或磁力搅拌器充分分散，分散过程中将消泡剂、流平剂、增稠剂分别依次按照0.1wt%、4wt%、0.2wt%加入水性聚氨酯中，制得纳米ATO隔热涂料。将用NaOH溶液浸泡过的普通载玻片分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15 min，利用旋涂法、提拉法或线棒涂膜法，直接在洁净的玻璃基底上镀膜，控制一定厚度制备得纳米氧化锡锑透明隔热薄膜。

本发明的有益效果：

本发明所制备的薄膜具有高的可见光透过率和红外阻隔性，制备过程工艺简单环保、成本低、可大面积均匀成膜，适用于建筑隔热玻璃。

本发明采用纳米ATO粉末与水性聚氨酯混合制备纳米ATO隔热涂料，避免了传统涂料使用有机溶剂而造成污染。

本发明中所制备的薄膜是室温下在洁净的玻璃基底上镀膜，不需要高温，设备简单易实施。

本发明中所制备的薄膜可根据需要可以在自然环境形成干膜，也可控制温度从室温25^oC到80^oC在烘箱里烘干。

本发明中，所制备薄膜的透明性，可通过控制不同纳米ATO浆料与水性聚氨酯的体积比以及镀膜时的厚度来调控。

试验结果表明，本发明的制备方法具有不需要高真空、高温加热、设备简单易行、可大面积均匀成膜、成本低等优点，所制备的纳米ATO透明隔热薄膜具有较高的可见光透过率和红外阻隔性，在建筑隔热玻璃方面，具有很好的市场前景和应用价值。

附图说明

图1 为实施例1中纳米ATO浆料的制备流程图。

图2 为实施例1中纳米ATO隔热涂料的制备流程图。

图3 为实施例2制备的纳米ATO隔热薄膜的XRD图谱。

图4 为实施例2制备的纳米ATO隔热薄膜的SEM图。

图5为实施例3制备出的纳米ATO膜的可见-近红外透射谱。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步描述本发明：

实施例1，将纳米ATO粉末加入到分散剂无水乙醇中，调节pH值在7～8偏碱性，充分分散混合，将混合物放入球磨机中球磨20 h，同时加入稳定剂，得到分散好的纳米ATO浆料体系，其中球磨球为直径2～2.8 cm的玛瑙珠，转速为250 r/min。将制得的纳米ATO浆料与水性聚氨酯按体积比为V_{纳米ATO浆料}:V_{水性聚氨酯} = 1:4混合，控制pH值为7～8，再进行球磨分散，分散过程中将消泡剂、流平剂、增稠剂分别依次按照0.1wt%、4wt%、0.2wt%加入水性聚氨酯中，制得纳米ATO隔热涂料。将用NaOH溶液浸泡过的普通载玻片分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15 min，利用提拉法，在洁净的玻璃基底上提拉镀膜，可改变提拉次数来控制膜厚，镀膜后，使用烘箱80^oC干燥3h，可得纳米氧化锡锑透明隔热薄膜。图1为纳米ATO浆料的制备流程图。图2为纳米ATO隔热涂料的制备流程图。

实施例2，将纳米ATO粉末加入到分散剂正丁醇中，调节pH值在7～8偏碱性，充分分散混合，将混合物置入超声发生器中进行超声分散40 min，同时加入稳定剂，得到分散好的纳米ATO浆料体系，其中超声波发生器频率为20000Hz。将制得的纳米ATO浆料与水性聚氨酯按体积比为V_{纳米ATO浆料}:V_{水性聚氨酯} = 1:6混合，控制pH值为7～8，再进行球磨分散，分散过程中将消泡剂、流平剂、增稠剂分别依次按照0.1wt%、4wt%、0.2wt%加入水性聚氨酯中，制得纳米ATO隔热涂料。将用NaOH溶液浸泡过的普通载玻片分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15 min，利用提拉法，在洁净的玻璃基底上提拉镀膜，可改变提拉次数来控制膜厚，镀膜后，使用烘箱80^oC干燥3h，可得纳米氧化锡锑透明隔热薄膜，所制备的薄膜厚度为10 μm。图3为制备的纳米ATO隔热薄膜的XRD图谱，图4为制备的纳米ATO隔热薄膜的SEM图。

实施例3，将纳米ATO粉末加入到分散剂正丁醇中，调节pH值在7～8偏碱性，充分分散混合，将混合物放入球磨机中球磨24h，同时加入稳定剂，得到分散好的纳米ATO浆料体系，其中球磨球为直径2～2.8 cm的玛瑙珠，转速为250 r/min。将制得的纳米ATO浆料与水性聚氨酯分别按体积比为V_{纳米ATO浆料}:V_{水性聚氨酯} = 1:1、1:2、1:3、1:4、1:6混合，控制pH值为7～8，再进行球磨分散，分散过程中将消泡剂、流平剂、增稠剂分别依次按照0.1wt%、4wt%、0.2wt%加入水性聚氨酯中，制得纳米ATO隔热涂料。将用NaOH溶液浸泡过的普通载玻片分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15 min，利用线棒涂膜法，在洁净的玻璃基底上镀膜，使用烘箱80^oC干燥3h，可得纳米氧化锡锑透明隔热薄膜。图5为制备出的纳米ATO膜的可见-近红外透射谱，在V_{纳米ATO浆料}:V_{水性聚氨酯} = 1:6时薄膜具有较高的可见光透射率和较低的红外透射率，可见光透射率在80%以上。

实施例4，将纳米ATO粉末加入到分散剂去离子水中，调节pH值在7～8偏碱性，充分分散混合，在混合物中放入搅拌子进行60^oC磁力搅拌12h，同时加入稳定剂，得到分散好的纳米ATO浆料体系。将制得的纳米ATO浆料与水性聚氨酯按体积比为V_{纳米ATO浆料}:V_{水性聚氨酯} = 1:10混合，控制pH值为7～8，再进行磁力搅拌分散，分散过程中将消泡剂、流平剂、增稠剂分别依次按照0.1wt%、4wt%、0.2wt%加入水性聚氨酯中，制得纳米ATO隔热涂料。将用NaOH溶液浸泡过的普通载玻片分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15 min，利用旋涂法，在洁净的玻璃基底上镀膜，使用烘箱80^oC干燥3h，可得纳米氧化锡锑透明隔热薄膜。

Claims

1. 一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

首先，将纳米ATO粉末与分散剂混合，调节pH值，使用球磨分散、超声分散或磁力搅拌器进行分散，得纳米ATO浆料；然后，将ATO纳米浆料与水性聚氨酯混合，加入流平剂、消泡剂、增稠剂再进行分散制得纳米隔热涂料液体；最后，将清洗干净的玻璃基浸没于所制备的纳米隔热涂料液体中，利用旋涂法、提拉法或线棒涂膜法在玻璃基底上制备透明隔热薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法，其特征在于：纳米ATO粉末的颗粒粒径为20～100 nm，锡锑原子比为90:10或95:5。

3.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法，其特征在于：分散剂指无水乙醇、正丁醇或去离子水，分散过程中使用球磨分散、超声分散或磁力搅拌器进行分散，其中球磨球为直径2～2.8cm的玛瑙珠，转速为250 r/min；超声波发生器频率为20000 Hz；磁力搅拌速度为100 r/min。

4.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法，其特征在于：纳米ATO浆料的pH值控制在7～8。

5.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法，其特征在于：纳米ATO涂料是将纳米ATO浆料与水性聚氨酯混合制备的涂料，纳米ATO浆料与水性聚氨酯的体积比在1:1～1:10之间可调。

6.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法，其特征在于：在涂料分散过程中使用了流平剂、消泡剂和增稠剂，分别依次按照0.1wt%、4wt%、0.2wt%加入水性聚氨酯中。

7.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法，其特征在于：在涂料分散过程中控制pH值在7～8。

8.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法，其特征在于：所制备的纳米ATO透明隔热薄膜基底是载玻片，先经过NaOH稀溶液浸泡，后分别用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗15min。

9.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法，其特征在于：采用旋涂法、提拉法或线棒涂膜法制备薄膜，薄膜的厚度可在100nm～100μm之间调控。

10.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锡锑透明隔热薄膜的制备方法，其特征在于：所制备的纳米ATO透明隔热薄在可见光区透射率在80%以上，在近红外区的透射率在20%以下。