CN113024853B - 一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法,将亚锡盐溶于强酸中,搅拌过程中缓慢加入极少量锡粉,再加入碳酸盐至无气泡产生,得悬浊液;向悬浊液中加入铟盐、铯盐和双氧水,搅拌、洗涤和干燥,得粉末;将上述粉末用单轴压强和冷等静压压成棒状,然后以15~25V/cm的电流场加热,程序升温直达限定电流0.8~8A,200~240℃保持6~12min,停止通电,得铟铯共掺杂氧化锡;将铟铯共掺杂氧化锡与聚碳酸酯和润滑剂石蜡混合,同时加入辅料七氧化二铼、有机磷阻燃剂、茶多酚和松香树脂,混匀后加入双螺杆挤出机,挤出冷却牵条、风干切粒制得高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒。该母粒经高温拉伸成型后可吸收红外波段太阳光,具有隔热防晒功能,950nm波长红外阻隔率97%以上。

Description

一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒及其制备方法,属于红外阻隔材料领域。
背景技术
色母粒是一种常用的塑料着色剂,其具有以下优点:1、使颜料在制品中具有更好的分散性;2、有利于保持颜料的化学稳定性;3、保证制品颜色的稳定;4、保护操作人员的健康;5、保持环境的洁净,不沾污器皿;6、工序简单,转色容易,节省时间和原材料。
红外光具有明显的热效应,容易导致环境温度升高,需要借助隔热材料来达到隔热节能的效果。近年,氧化锡由于其优异的光电性能引起人们广泛关注,而掺杂铟铯元素的氧化锡在红外区域有极强的吸收特性,同时可见光的透过率较高,使其在阻隔红外,隔热等方面有着广泛的应用前景。将铟铯共掺杂氧化锡与聚碳酸酯等熔融混合制备出具有红外阻隔的聚碳酸酯色母粒,可以将其应用于隔热节能的领域。
传统方法制备的铟铯共掺杂氧化锡,对红外的阻隔率不超过90%,而且部分工艺原料中有用到氢氧化铯,成本高,稳定性差,且对人体和环境有害。为此,我们提供了一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法,可以使铟和铯元素更好的取代部分锡,实现合理的晶格掺杂,一方面可以大大缩短铟铯共掺杂氧化锡材料的成相温度和时间,另一方面铟-氧键和铯-氧键能提升锡-氧键吸收特定波长近红外光线的能力,从而能够提升掺杂产物阻隔近红外光的能力,来解决上述内容存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法,本发明首先通过液相氧化还原反应和电场辅助烧结技术制备铟铯共掺杂氧化锡粉体。该技术与传统的烧结技术相比,大大降低了成相的温度和煅烧的时间,具有较好的结晶度和较大的面积,进而可以提高红外阻隔能力;其次无需分散剂,而是通过控制加入润滑剂,使铟铯共掺杂氧化锡粉体、聚碳酸酯和其他组分混合均匀,最后通过双螺旋杆挤出机熔融共混制备高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法,包括如下步骤,
1)将2价亚锡盐溶于浓度为2M的强酸溶液中,磁力搅拌过程中缓慢加入极少量的锡粉,再加入固体弱碱碳酸盐,其中亚锡盐、碳酸盐和锡粉的摩尔量比为1:1:0.005,磁力搅拌1~3h,至反应不再有气泡产生,得悬浊液A;
2)向上述悬浊液A中加入铟盐、铯盐和双氧水,使锡盐、铟盐、铯盐和双氧水符合摩尔化学计量比(1-x-y):x:y:(1-x-y)(0<x<1,0<y<1),磁力搅拌2~4h,用去离子水和无水乙醇洗涤2~3次;在鼓风烘箱60~80℃干燥12~18h,得粉末B;
3)将上述粉末B用4MPa单轴压强和在300MPa冷等静压压成棒状前驱体,两端各留有一个洞口以接铂线,将棒状物用铂线连接悬挂在马弗炉中间,然后以15~25V/cm的电流场进行加热,程序升温直到达到限定电流0.8~8A,200~240℃保持6~12min,停止通电,得最终产物铟铯共掺杂氧化锡;
4)将上述铟铯共掺杂氧化锡研磨成粉体,将其与聚碳酸酯和润滑剂石蜡混合,其重量份组分分别为35份、60份和5份,同时加入其它辅料七氧化二铼3份,有机磷阻燃剂10份,茶多酚6份,松香树脂6份,混合均匀后加入双螺杆挤出机,九段加温,挤出冷却牵条、风干切粒制得高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒。
优选的,所述步骤1)中,亚锡盐是氯化亚锡或硫酸亚锡的一种或其组合;所述强酸是盐酸或硫酸中的一种或其组合;所述碳酸盐是碳酸钠、碳酸钾或碳酸锂中的一种或其组合。
优选的,所述步骤2)中,铟盐是氯化铟或硫酸铟的一种或其组合;所述铯盐是氯化铯或硫酸铯的一种或其组合。
优选的,所述步骤3)中,棒状前驱体横截面为3mm×2.1mm、长度为20mm;所述程序升温速率为10~15℃/min。
优选的,所述步骤4)中,双螺杆挤出机的九段加工温度设定为:一区温度130℃,二区温度185℃,三区温度238℃,四区温度250℃,五区温度260℃,六区温度260℃,七区温度255℃,八区温度230℃,九区温度180℃。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明的目的在于提供一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法,本发明首先通过液相氧化还原反应和电场辅助烧结技术制备铟铯共掺杂氧化锡粉体。该技术与传统的烧结技术相比:
1)大大降低了晶体材料成相的温度和煅烧的时间,具有较好的结晶度和较大的比表面积,具有优异的红外阻隔能力;
2)无需分散剂,而是通过控制加入润滑剂,使铟铯共掺杂氧化锡粉体、聚碳酸酯和其他组分混合均匀,最后通过双螺旋杆挤出机熔融共混制备高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒。
附图说明
图1为实施例1铟铯共掺杂氧化锡粉体的SEM图
图2为实施例2加入铟铯共掺杂氧化锡的高透红外阻隔聚碳酸酯母粒截面SEM图
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一:
将2价氯化亚锡溶于浓度为2M的盐酸溶液中,磁力搅拌过程中缓慢加入极少量的锡粉,再加入固体弱碱碳酸钠,其中氯化亚锡、碳酸钠和锡粉的摩尔量比为1:1:0.5,磁力搅拌1h,至反应不再有气泡产生,得悬浊液A;向上述悬浊液A中加入氯化铟、氯化铯和双氧水,使氯化锡和氯化铟、氯化铯和双氧水符合摩尔化学计量比1:0.556:0.556:1,磁力搅拌2h,用去离子水和无水乙醇洗涤2次;在鼓风烘箱60℃干燥12h,得粉末B;将上述粉末B用4MPa单轴压强和在300MPa冷等静压压成横截面为3mm×2.1mm、长度为20mm的棒状,两端各留有一个洞口以接铂线,将棒状物用铂线连接悬挂在马弗炉中间,然后以20V/cm的电流场进行加热,以15℃/min的升温速率进行升温直到达到限定电流4A,200℃保持12min,停止通电,得最终产物铟铯共掺杂氧化锡;将上述铟铯共掺杂氧化锡研磨成粉体,将其与聚碳酸酯和润滑剂石蜡混合,其重量份组分分别为35份、60份和5份,同时加入其它辅料七氧化二铼3份,有机磷阻燃剂10份,茶多酚6份,松香树脂6份,混合均匀后加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机的加工温度:一区温度130℃,二区温度185℃,三区温度238℃,四区温度250℃,五区温度260℃,六区温度260℃,七区温度255℃,八区温度230℃,九区温度180℃,挤出冷却牵条、风干切粒制得高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒。
其中图1是铟铯共掺杂氧化锡粉体的SEM图,其颗粒粒径大小为50-100nm。
测试加入铟铯共掺杂氧化锡的高透红外阻隔聚碳酸酯1mm样片的红外阻隔率,结果如表2。
实施例二:
将2价硫酸亚锡溶于浓度为2M的硫酸溶液中,磁力搅拌过程中缓慢加入极少量的锡粉,再加入固体弱碱碳酸钾,其中硫酸亚锡、碳酸钾和锡粉的摩尔量比为1:1:0.005,磁力搅拌2h,至反应不再有气泡产生,得悬浊液A;向上述悬浊液A中加入硫酸铟、硫酸铯和双氧水,使硫酸锡和硫酸铟、硫酸铯和双氧水符合摩尔化学计量比1:0.067:0.044:1,磁力搅拌4h,用去离子水和无水乙醇洗涤3次;在鼓风烘箱80℃干燥12h,得粉末B;将上述粉末B用4MPa单轴压强和在300MPa冷等静压压成横截面为3mm×2.1mm、长度为20mm的棒状,两端各留有一个洞口以接铂线,将棒状物用铂线连接悬挂在马弗炉中间,然后以15V/cm的电流场进行加热,以10℃/min的升温速率进行升温直到达到限定电流0.8A,200℃保持12min,停止通电,得最终产物铟铯共掺杂氧化锡;将上述铟铯共掺杂氧化锡研磨成粉体,将其与聚碳酸酯和润滑剂石蜡混合,其重量份组分分别为35份、60份和5份,同时加入其它辅料七氧化二铼3份,有机磷阻燃剂10份,茶多酚6份,松香树脂6份,混合均匀后加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机的加工温度:一区温度130℃,二区温度185℃,三区温度238℃,四区温度250℃,五区温度260℃,六区温度260℃,七区温度255℃,八区温度230℃,九区温度180℃,挤出冷却牵条、风干切粒制得高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒。
测试铟铯共掺杂氧化锡粉体的粒径,结果如表1。
测试高透红外阻隔聚碳酸酯母粒中铟铯共掺杂氧化锡的分布,结果如图2
测试加入铟铯共掺杂氧化锡的高透红外阻隔聚碳酸酯1mm样片的红外阻隔率,结果如表2。
实施例三:
将2价氯化亚锡溶于浓度为2M的盐酸溶液中,磁力搅拌过程中缓慢加入极少量的锡粉,再加入固体弱碱碳酸锂,其中氯化亚锡、碳酸锂和锡粉的摩尔量比为1:1:0.005,磁力搅拌2h,至反应不再有气泡产生,得悬浊液A;向上述悬浊液A中加入氯化铟、氯化铯和双氧水,使氯化锡和氯化铟、氯化铯和双氧水符合摩尔化学计量比1:0.033:0.078:1,磁力搅拌4h,用去离子水和无水乙醇洗涤3次;在鼓风烘箱60℃干燥18h,得粉末B;将上述粉末B用4MPa单轴压强和在300MPa冷等静压压成横截面为3mm×2.1mm、长度为20mm的棒状,两端各留有一个洞口以接铂线,将棒状物用铂线连接悬挂在马弗炉中间,然后以25V/cm的电流场进行加热,以15℃/min的升温速率进行升温直到达到限定电流8A,240℃保持6min,停止通电,得最终产物铟铯共掺杂氧化锡;将上述铟铯共掺杂氧化锡研磨成粉体,将其与聚碳酸酯和润滑剂石蜡混合,其重量份组分分别为35份、60份和5份,同时加入其它辅料七氧化二铼3份,有机磷阻燃剂10份,茶多酚6份,松香树脂6份,混合均匀后加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机的加工温度:一区温度130℃,二区温度185℃,三区温度238℃,四区温度250℃,五区温度260℃,六区温度260℃,七区温度255℃,八区温度230℃,九区温度180℃,挤出冷却牵条、风干切粒制得高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒。
测试加入铟铯共掺杂氧化锡的高透红外阻隔聚碳酸酯1mm样片的红外阻隔率,结果如表2。
表1铟铯共掺杂氧化锡粉体的粒径
样品名 d<sub>50</sub>(nm) d<sub>90</sub>(nm)
铟铯共掺杂氧化锡粉体 25 60
表2加入铟铯共掺杂氧化锡的高透红外阻隔聚碳酸酯1mm样板的近红外阻隔率对比
样品 950nm近红外阻隔率
实施例1铟铯共掺杂氧化锡 97.2%
实施例2铟铯共掺杂氧化锡 98.3%
实施例3铟铯共掺杂氧化锡 97.5%

Claims (5)

1.一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法,其特征在于,包括如下步骤;
1)将2价亚锡盐溶于浓度为2M的强酸溶液中,磁力搅拌过程中缓慢加入极少量的锡粉,再加入固体弱碱碳酸盐,其中亚锡盐、碳酸盐和锡粉的摩尔量比为1:1:0.005,磁力搅拌1~3h,至反应不再有气泡产生,得悬浊液A;
2)向上述悬浊液A中加入铟盐、铯盐和双氧水,使锡盐、铟盐、铯盐和双氧水符合摩尔化学计量比(1-x-y):x:y:(1-x-y)(0<x<1,0<y<1),磁力搅拌2~4h,用去离子水和无水乙醇洗涤2~3次;在鼓风烘箱60~80℃干燥12~18h,得粉末B;
3)将上述粉末B用4MPa单轴压强和在300MPa冷等静压压成棒状前驱体,两端各留有一个洞口以接铂线,将棒状物用铂线连接悬挂在马弗炉中间,然后以15~25V/cm的电流场进行加热,程序升温直到达到限定电流0.8~8A,200~240℃保持6~12min,停止通电,得最终产物铟铯共掺杂氧化锡;
4)将上述铟铯共掺杂氧化锡研磨成粉体,将其与聚碳酸酯和润滑剂石蜡混合,其重量份组分分别为35份、60份和5份,同时加入其它辅料七氧化二铼3份,有机磷阻燃剂10份,茶多酚6份,松香树脂6份,混合均匀后加入双螺杆挤出机,九段加温,挤出冷却牵条、风干切粒制得高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒。
2.根据权利要求1所述一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中,亚锡盐是氯化亚锡或硫酸亚锡的一种或其组合;所述强酸是盐酸或硫酸中的一种或其组合;所述碳酸盐是碳酸钠、碳酸钾或碳酸锂中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中,铟盐是氯化铟或硫酸铟的一种或其组合;所述铯盐是氯化铯或硫酸铯的一种或其组合。
4.根据权利要求1所述一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中,棒状前驱体横截面为3mm×2.1mm、长度为20mm;所述程序升温速率为10~15℃/min。
5.根据权利要求1所述一种高透红外阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法,其特征在于,所述步骤4)中,双螺杆挤出机的九段加工温度设定为:一区温度130℃,二区温度185℃,三区温度238℃,四区温度250℃,五区温度260℃,六区温度260℃,七区温度255℃,八区温度230℃,九区温度180℃。
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