一种透明隔红外装置的制作方法

本发明涉及一种透明隔红外装置，尤其是指一种含有纳米材料的透明隔红外层的装置。

背景技术：

阳光等光线可以分为紫外，可见光和红外光等部分，其中红外光具有明显的热效应,太阳的热量也主要通过红外线传到地球。涂于汽车玻璃和建筑玻璃上的透明隔红外材料。可以在保证视野的情况下，隔绝热量，有效保持室内或者车内温度，从而降低能耗。为了满足节能环保需要，开发透光隔红外涂料具有极大的现实意义。本发明提供了一种可见光透明隔红外装置,包含这种装置的结构和材料的涂料、涂层，薄膜或其它形状的透明隔红外材料及其制造方法。

技术实现要素：

本发明涉及一种可见光透明红外线隔离装置。本发明的一个目的是提供一种基本上无色透明的红外隔断装置，此种能够以低成本大量生产大面积的红外隔断装置。该装置由基底和透明隔红外层两部分组成，该装置可以采取各种基底上的涂层、独立涂布或者成膜等成形的形式组成。

在本发明的一个实施例中，提供了一种制造涂层形式的红外隔绝装置的方法，该方法包括以下步骤：将包含一种或多种粘合剂，纳米粉末和溶剂的组合物涂覆到基底上，并干燥所得涂层。除了有机树脂之外，可以使用硅，铝，锆或钛的醇盐或其部分水解产物作为粘合剂。溶剂可以选自一种或多种有机溶剂，醇或者水。

此外，在本发明的一个实施例中，提供了一种制造透明红外线隔断装置的方法，该方法包括将其中分散有有机聚合物和纳米材料的组合物形成为所需形状的步骤。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为本专利透明隔红外装置的一个实施例的示意图，其中1为基底部分，2为透明隔红外层。

图2为具有本专利透明隔红外装置的一个实施例的各个波长的光的透过率中的示意图。

具体实施方式

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所做出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

为了建设低碳环保型社会，降低各项能耗十分重要。建筑内取暖、降温等消耗巨大的能源。阳光等光线可以分为紫外，可见光和红外光等部分，其中红外光具有明显的热效应,太阳的热量也主要通过红外线传到地球。涂于汽车玻璃和建筑玻璃上的透明隔红外涂料。可以在保证视野的情况下，隔绝热量，有效保持室内或者车内温度，从而降低能耗。为了满足节能环保需要，开发可见光透明隔红外涂料具有极大的现实意义。

目前此类材料通常是通过在玻璃基底上通过物理蒸镀，化学蒸镀，溅射等气相沉积法沉积成薄膜，或者由酞菁基，蒽醌基，萘醌基，青色素基，萘酞菁基，大分子缩合偶氮基或吡咯基或二硫醇基有机金属络合物等有机近红外线吸收剂等，通过结合在基材上的有机溶剂和有机粘合剂而成为涂料并将其层压在基材上。

然而，这些工艺必须使用需要高真空或高精度气体控制的装置，所以导致生产成本高，形状受限制，批量生产能力低，普遍适用性差等问题。而有机膜的红外线吸收一般在约690至1000nm的近红外区域内，而可见区域内的光透射率低，并且涂层具有深色调如深褐色或深蓝色。通过窗户或玻璃的可视性较低，且对于房间温度的调节效果不明显。

本发明提供了一种可见光透明隔红外装置及其制造方法，包括采用纳米材料的透明隔红外装置的材料的涂料、涂层，薄膜或其它形状的透明隔红外涂料及其制造方法。

该装置由基底和透明隔红外层两部分组成，图1为本专利透明隔红外装置的一个实施例的示意图，其中1为基底部分，2为透明隔红外层。

该透明隔红外层在可见光波段是高度透明的，而在红外甚至更长波长侧将红外线吸收超过90％，因此可以从形成选择性地隔断红外线的透明层。可以用于汽车的车窗、普通窗户，墙壁材料或者其他玻璃方面。例如用在窗户上的情况下，该涂层通过隔断夏季的太阳光的红外线，降低进入室内的热量，从而显著地节省了用于室内降温冷却的电力。冬季这层具有高隔热效果的透明涂层也可以有效防止室内热量的逸出。它对家庭农场和温室也可以有隔热作用。此外，还可以用于光纤遮阳板，pet（聚对苯二甲酸乙二醇酯）瓶，包装薄膜，眼镜，纺织品，加热设备和室内加热设备的观察孔等各种产品，并可以用隔绝红外线的特性来影响这些产品。该材料也可以用于其他用途，例如该材料可以与化妆品混合使用。

图2为具有本发明专利装置的的一个实施例形成的涂层的各个波长的光的透过率中的示意图；图中可见在可见光波长区域，透过率非常高而在近红外与红外区域，光线吸收率达90%。

本发明的一个实施例的红外截止装置中的隔红外层中采用的材料包括分散在有机或无机基质中的纳米粉末。所述纳米材料的最小粒径可以是5nm，平均粒径可以为0.02μm，所述纳米材料的粒径最大为0.2μm。所述基质是可见光透明的，可以是透明有机树脂、有机聚合物或者无机金属氧化物,可以是由玻璃或塑料制成。所述材料可以是在基底上形成的涂层的形式，或者粘附在衬底表面上的膜的形式。

本发明的一个实施例中包括一种制造红外截止装置的方法，其中包括基底和透明隔红外层，其中透明隔红外中包含所述有机聚合物和分散在其中的初始纳米材料的组合物形成预期的形状。所述材料可以是膜，片，纤维，面板，棒，管等各种三维形状的形式。

本发明的一个实施例中，将包含一种或多种基质例如粘合剂，初始纳米材料和溶剂的组合物涂覆到基底上，并干燥。本发明的一个实施例中，所述溶剂是有机溶剂。本发明的一个实施例中，所述粘合剂可以是有机树脂。本发明的一个实施例中，溶剂选自由水和醇或者其组合，或者可溶于或可分散于所述溶剂中的有机树脂。

可以使用任何有机树脂粘合剂的溶解性优异的有机溶剂，可以使用包含水和/或醇的任何溶剂。形成基质的粘合剂能够形成透明性优异的涂层，并且从可溶或可分散于所用溶剂中。当使用有机溶剂时，可以将通常用于透明涂料中的有机树脂用作粘合剂。可以是丙烯酸，聚碳酸酯，聚氯乙烯，聚氨酯，密胺，醇酸，聚酯和环氧树脂等中的一种或多种可以组合使用。也可以使用其他树脂。有机溶剂包括芳烃如苯，甲苯和二甲苯;脂环族烃如环己烷;脂族烃如己烷和辛烷;二丙酮醇，二甘醇，丁基卡必醇，异佛尔酮，丙酮，甲基乙基酮，甲基异丁基酮，环己酮和乙酸乙酯等醚，酮和酯;烃卤化物如二氯甲烷和四氯化碳;和含有两个或多个官能团的有机溶剂如二甲基甲酰胺，丁基卡必醇乙酸酯和二乙醇胺。也可以使用包含两种或更多种有机溶剂的混合溶剂或包含这种溶剂和醇的混合溶剂。

适用的醇溶剂包括一元醇如甲醇，乙醇，丙醇，异丙醇，丁醇，己醇和环己醇，以及多元醇如乙二醇。可以使用可溶或可分散在作为溶剂的水和/或醇中的粘合剂，例如可溶于或可分散于水和/或醇中的有机树脂等。例如水溶性树脂例如水溶性醇酸树脂，聚乙烯醇和聚丁醇，或乳液型水分散性树脂如丙烯酸，丙烯酸苯乙烯和乙酸乙烯酯。在与醇一起使用的树脂中，醇可溶或醇分散性树脂如聚乙烯醇缩丁醛或聚乙烯醇缩醛可用作粘合剂。

可以加入其他纳米材料，在一个本发明的实施例中，透明隔红外层中可以加入纳米二氧化硅，可以含有重量百分比含量0.01-5%的纳米二氧化硅材料。纳米二氧化硅的加入，可提高紫外光固化的纳米透明隔热复合涂料涂膜的固化速度、涂膜硬度、附着力和低温的热稳定性。

透明隔红外层所用材料中可以加入用于制造透明成形膜等的聚合物例如树脂，例如丙烯酸，聚碳酸酯，聚酯，聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯和abs树脂等等。也可以根据所需用途通过选择树脂来使用包括高强度树脂（工程塑料），耐热树脂和耐候性树脂的各种功能树脂。

在该材料所用涂料中根据需要可以配合少量的硬化剂，交联剂等。此外，也可以添加通常用于涂料中的一种或多种添加剂，例如ph调节剂，消泡剂和润湿剂等。增稠剂为一种羟基丙烯酸水溶性分散液（wt-102)，成膜助剂为醇酯化合物(醇酯-12)流平剂加入后涂料流平效果好。消泡剂消除或抑制涂料体系的泡沫，分散润湿剂起分散润湿纳米粉体的作用。

分散剂、消泡剂、增稠剂、流平剂、润湿分散剂和成膜助剂等可以采用为配制涂料经常采用的产品。

该发明的一个实施例中，透明隔红外层所用透明隔红外材料中含有重量百分比含量0.01-5%的分散润湿剂，分散润湿剂可以为羧酸、酰胺聚合物中的一种或数种。分散剂可以是日本诺普科公司的sn-dispersant系列分散剂，美国罗门哈斯公司的orotan系列分散剂，德国毕克化公司的disperbyk系列分散剂，汉高公司的texaphor系列分散剂、hydropalat系列分散剂，德谦企业股份有限公司的dp系列分散剂，荷兰埃夫卡助剂公司的efka系列分散剂、efka-polymer系列分散剂、efka-lp系列分散剂，德国迪高公司的dispers系列分散剂等。

该发明的一个实施例中，透明隔红外层所用透明隔红外材料中含有重量百分比含量0.01-5%的消泡剂，消泡剂可以为有机硅消泡剂、乙烯基聚合物和丙烯酸共聚消泡剂中的一种或数种，可以使用汉高公司的foamstar系列消泡剂，德国毕克化公司的byk系列消泡剂，荷兰埃夫卡助剂的efka系列消泡剂等；该发明的一个实施例中，增稠剂包括美国罗门哈斯公司的acrysol系列增稠剂、纤维素醚增稠剂，劲辉公司的rheolate增稠剂系列等。

该发明的一个实施例中，透明隔红外层所用透明隔红外材料中含有重量百分比含量0.01-5%的流平剂，流平剂可以为聚硅氧烷、乙烯基聚合物和丙烯酸聚合物中的一种或数种，流平剂包括美国罗门哈斯公司rm系列流平剂、劲辉公司的rheolate系列流平剂等。

该发明的一个实施例中，透明隔红外层所用透明隔红外材料中含有重量百分比含量0.01-5%的成膜剂，成膜剂可以为醇酯化合物(醇酯-12)、水性聚氨酯、水性聚丙烯酸酯、聚硅氧垸树脂中的一种或数种。成膜助剂包括伊士曼公司的texanol醇酯、汉高公司的filmer系列成膜助剂等。

该发明的一个实施例中，透明隔红外层所用透明隔红外材料中润湿分散剂为汉高公司的pe系列润湿分散剂等。

该发明的一个实施例中，透明隔红外层所用透明隔红外材料中相对于100重量份的纳米材料，上述所述组合物包含1-20000重量份的所述粘合剂和5-50000重量份的所述溶剂。

用于涂层或薄膜应用的时候，可以通过各种制备涂料的方式混合上述组分来制造。可以通过浸渍，刷涂，印刷或喷涂等适当方式将该组合物涂覆到基材上之后，可以根据需要加热所涂的涂料除去溶剂并干燥或者其他硬化方式。，从而形成一个本发明的红外隔断涂层的实施例。

在一个本发明的实施例中，本发明的透明隔红外层所用透明隔红外材料中包括分散在有机或无机基质中的纳米材料粉末，以形成在基底上的膜或包括膜或片的形状的形式。对基材的种类没有特别的限制。基材可以是透明的或不透明的。材料可以是塑料，玻璃，金属和陶瓷等材料中的任何一种。在一个本发明的实施例中，红外截止涂层是通过将包含一种或多种粘合剂，纳米材料和溶剂的组合物涂布到基材上并干燥而制造的。对该红外截止涂层的厚度没有特别的限制。它通常应该具有0.01-10μm的厚度。

本发明的红外截止层可以调节出高的导电率。因此，本发明的红外线阻隔层具有防静电功能和防尘功能，同时具有使涂布于玻璃或壁上的涂层不易变脏的效果。

在本发明实施例中，此处使用的“纳米粒子”可指包含可以是纳米棒、纳米球、纳米线等多种形状，可以是金属、半导体等多种材料，纳米材料表面可以附着有活性剂、稳定剂。在一些实施例中，纳米粒子可以是具有多种活性剂或者保护层包裹的金纳米棒。

在本发明中涉及的“薄膜”包括在一个表面上形成的有厚度的材料或者组分，并不代表这些材料或者组分的特定的厚度或者其他几何维度。在本发明中涉及的“纳米材料”包括在尺度为1-1000nm的材料，并不代表这些材料或者组分的特定的尺度或者其他几何维度。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。

虽然结合特定的实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以做出许多修改和变型。因此，要认识到权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。