专利名称：一种隔热透明聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于聚合物-纳米粒子复合材料领域，涉及一种隔热透明聚乙烯醇缩丁醛 (以下简称PVB)纳米复合材料及其制备方法，尤其涉及原位分散一步法合成PVB纳米复合材料及其制备方法，主要应用于建筑、汽车安全玻璃行业。
背景技术：
随着国民经济及现代科技的快速发展，节能及环保越来越受到重视。大面积建筑玻璃幕墙和透明顶棚以及汽车安全玻璃均大量使用玻璃，然而普统玻璃虽有良好的透光效果，但在隔热方面却有很大的缺陷，故开发既有优良隔热性能又有高透光率的夹层安全玻璃有着相当大的应用价值。目前夹层隔热玻璃的结构主要是玻璃/隔热透明薄膜/玻璃，其中隔热作用主要依靠在聚合物中添加能阻隔太阳光中红外线的具有热反射功能的纳米粒子来实现，其优异的隔热性能主要得益于夹层玻璃中聚合物的导热系数比普通玻璃的导热系数要低得多以及纳米粒子对红外线热量的反射隔热作用。中国专利CN1555989A公开了一种具有红外反射性能的汽车挡风玻璃及其制备方法，采用磁控溅射方法，以半导体氧化物为原材料，在 PVB薄膜的一面沉积半导体氧化物薄膜，隔热性能良好，可见光透过率在70%左右，但是工艺条件控制复杂，且价格昂贵。中国专利CN1434063A公开了一种热反射涂料的制备方法， 采用环氧改性的丙烯酸乳液为成膜物，空心微珠为隔热材料，再添加颜料、填料、助剂等，但该产品的户外耐候性差，并且在红外光区的反射率小，主要集中在50%-80%之间。中国专利 CN101845^58A公开了一种水性单组分玻璃隔热透明涂料的制备方法，采用聚氨酯树脂为基体，加入金属氧化物、助剂、水按总量比混合、搅拌制成水性单组份玻璃隔热透明涂料，在红外光区有着一定的光反射隔热效果，但是可见光区的透过率在60%左右，透光性能不高。国内外还有部分文献提及到利用共混法来制备隔热材料，利用此方法仍难以很好解决纳米粒子极易团聚的问题，使得纳米粒子在聚合物中分散不均勻，进而影响材料的可见光透过率以及隔热性能。例据文献(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/氧化铟锡隔热透明材料的制备及性能研究，合成材料老化与应用2009,38 (3):12-16)报道，采用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA) 为基质，添加纳米氧化铟锡(ΙΤ0)，通过共混法制备EVA/IT0隔热透明材料，当纳米ITO用量为3%时，可见光区的透过率已降至70%左右，透光性能不算理想。本专利为解决现今玻璃隔热材料存在以上技术不足，提出在合成树脂阶段直接引入经预处理过的纳米粒子，也即原位分散一步法制备PVB纳米复合材料的研究不见报道。 采用该原位法合成的PVB纳米复合材料，制成的薄膜具有较高的可见光透过率以及红外反射率，具有更好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于公开一种PVB纳米复合材料的制备方法，即原位分散一步法合成PVB纳米复合材料，由PVB纳米复合材料制备的薄膜具有很高的红外反射效果和良好的可见光透过率，施工简单方便，耐候性能佳，从而达到节能的目的。本发明采用的技术方案是，一种隔热透明PVB纳米复合材料的制备，其特征在于借助超声波及分散剂将经偶联剂处理后的纳米粒子分散到聚乙烯醇(以下简称PVA)中，在催化剂作用下，与正丁醛进行缩合反应，原位分散一步法制备PVB纳米复合材料，再与适量的抗氧剂、成膜溶剂搅拌混合得到均相溶液，并倒入模具中成膜。—种隔热透明聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料，其中原料组成及质量份数如下 聚乙烯醇5-15份； 蒸馏水 100-200份；
表面活性剂催化剂 正丁醛 纳米粒子 偶联剂 分散剂 分散介质 抗氧化剂
0. 2-3 份； 0.55-11 份 2. 5-15 份 0. 2-2 份 0. 004-0. 04 份 0. 03-0. 3 份 4-40 份； 0. 01-0. 03 份
其中所述的偶联剂为Y-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、中的任一种或几种； 其中所述的分散剂为磺酸盐分散剂、羧酸盐聚合物分散剂，优选羧酸盐聚合物分散剂。其中所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种； 其中所述的催化剂为浓盐酸、浓硫酸的一种；
其中所述的纳米粒子为纳米氧化铟锡、纳米氧化锑锡、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化硼的一种或几种；
其中所述的分散介质为蒸馏水、乙醇、异丙醇中的一种；
其中所述的抗氧化剂为苯酚类、酚类、膦类、酯类等有机物，优选的是苯酚类，如 2，6- 二叔丁基对甲基苯酚，抗氧剂2，亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)；
其中所述的纳米粒子、偶联剂、分散剂、分散介质的质量比优选为1:0.02: 0. 16:20。一种用于制备隔热透明PVB纳米复合材料的制备方法，照下述步骤进行
(1)按照上述质量份数称取原料，将PVA和蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、电搅拌器的四口烧瓶中，升温至85°C -95°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；
(2)按照上述质量份数分别称取纳米粒子、偶联剂、分散剂、分散介质，在20-2000kHz 超声波作用下分散30-480min，得到经过表面处理的纳米粒子分散液；然后加入到步骤(1) 所制备的PVA水溶液的四口烧瓶中，再在超声波作用下分散45-480min，得到含有纳米粒子的PVA水溶液；
(3)在步骤(2)中所得到含有纳米粒子的PVA水溶液的四口烧瓶中加入上述质量份数的表面活性剂，催化剂，在室温下，30-60 min内利用恒压滴液漏斗滴加上述质量份数的正丁醛，滴加完毕再继续保温l_2h，然后加热池内升温到50°C，恒温反应1- 后，冷却至室温，用5%的feOH溶液中和至中性。将产品用蒸馏水多次洗涤，以除去表面活性剂和未反应的正丁醛等杂质，抽滤，在低于50°C的烘箱中烘干，制备出PVB纳米复合材料产物；(4)称取步骤(3)得到的PVB纳米复合材料与适量的抗氧剂及成膜溶剂搅拌混合，使 PVB纳米复合材料溶解，得到含固量为l_20wt%的均相溶液，倒入模具中成膜，得到PVB纳米复合材料隔热透明薄膜。其中步骤(4)的成膜溶剂为乙醇、异丙醇。
图1自制的隔热性能效果测试装置图，其中1为钨丝灯光源；2为精密温度计 ’3为挡板；4为保温层；5为密闭保温容器；6为普通玻璃。图2是PVB、PVB/IT0纳米复合材料的热失重(TG)对比图。从图中可以看出在PVB 合成过程中加入纳米ΙΤ0，使材料的耐热性能得到大幅度提高。图3是不同纳米ITO用量的PVB/IT0纳米复合材料的透射光谱图。从图中可以看出添加纳米ITO的PVB/纳米ITO复合材料对光的透过性能表现出明显的光谱选择性，在可见光区的透过率都在85%左右，并且红外光区的透过率小，能有效地反射红外光线。以下结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步描述。
具体实施例方式下面的实施实例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。本发明中所述的羧酸盐聚合物分散剂为分散剂5027，分散剂5040 ； 其中所述的PVA的型号为1799型；
本发明所使用纳米ITO粒子由杭州万景新材料有限公司提供； 采用SDTQ-600型美国TG仪器测试本发明所制备的PVB纳米复合材料的耐热性能； 采用岛津公司的UV-3600型紫外-可见光-近红外分光光度计测试本发明所制备的 PVB纳米复合材料薄膜在350-2750nm的透过率，对其进行光学性能表征；
采用WDT30型微机控制万能材料试验机，按照国标GB/T1040-92测试本发明所制备的 PVB纳米复合材料薄膜的力学性能。利用图1装置来测试密闭保温容器中的空气温度。其中1为钨丝灯光源；2为精密温度计；3为挡板；4为保温层；5为密闭保温容器；6为普通玻璃。其中光源采用功率为 500W的钨丝灯(和太阳光谱相似)照射，钨丝灯光源离盖板的距离为300mm，盖板有透明材料制成，测试时以玻璃/被测隔热透明薄膜/玻璃的结构封住密闭保温容器，打开光源，采用精密温度计测量密闭保温容器中的空气上升温度。并记录密闭保温容器中空气温度随照射时间的变化，通过比较不同薄膜样品在同样的照射条件下的温度-时间曲线，可评价材料的隔热性能。实施例1
步骤(1)将15gPVA、200g蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、电搅拌器的四口烧瓶中，升温至90°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；
步骤(2):在烧杯中依次加入0.3g纳米ITO ,0. 006 g Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、0. 048g分散剂5040、6g蒸馏水，在200kHz超声波作用下分散30min，得到表面处理过的纳米ITO分散液。将该纳米ITO分散液加入到步骤(1)所制得的PVA水溶液的四口烧瓶中，再在超声波作用下分散60min ；步骤(3)称取0. 32g十二烷基苯磺酸钠、Ilg浓盐酸加入到步骤(2)含有纳米ITO的 PVA水溶液的四口烧瓶中，称取15g正丁醛于恒压滴液漏斗中，在室温下，以10滴/min滴加正丁醛，滴加完毕后，继续保温反应lh，然后加热池升温到50°C，再恒温50°C继续反应2h， 然后冷却至室温，用5%的NaOH溶液中和至中性。将产品用蒸馏水多次洗涤、抽滤，在低于 50°C的烘箱中烘干，得到纳米ITO (以PVA质量计)为1的PVB/纳米ITO复合材料产物。步骤(4)称取1.5g步骤(3)得到的PVB/纳米ITO复合材料、0. 03g抗氧剂 2，2、-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)与20g无水乙醇搅拌混合，使PVB纳米复合材料溶解，得到均相溶液，倒入模具中成膜，制备出PVB/纳米ITO复合材料薄膜。实施例2
步骤(1)将10gPVA、200g蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、电搅拌器的四口烧瓶中，升温至90°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；
步骤(2)在烧杯中依次加入0. 20g纳米IT0、0. 004g γ -缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、0. 032g分散剂5040、4g蒸馏水，在200kHz超声波作用下分散30min，得到表面处理过的纳米ITO分散液。将该纳米ITO分散液加入到步骤(1)所制得的PVA水溶液的四口烧瓶中，再在超声波作用下分散60min ；
步骤(3):称取0. 32g十二烷基苯磺酸钠、0. 55g浓盐酸加入到步骤(2)含有纳米ITO的 PVA水溶液的四口烧瓶中，称取6g正丁醛于恒压滴液漏斗中，在室温下，以10滴/min滴加正丁醛，滴加完毕后，继续保温反应lh，然后加热池升温到50°C，再恒温50°C继续反应2h， 然后冷却至室温，用5%的NaOH溶液中和至中性。将产品用蒸馏水多次洗涤、抽滤，在低于 50°C的烘箱中烘干，得到纳米ITO (以PVA质量计)为1的PVB/纳米ITO复合材料产物。步骤(4)称取1.5g步骤(3)得到的PVB/纳米ITO复合材料、0. 02g抗氧剂 2，2、-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)与20g无水乙醇搅拌混合，使PVB纳米复合材料溶解，得到均相溶液，倒入模具中成膜，制备出PVB/纳米ITO复合材料薄膜
实施例3
步骤(1)将5gPVA、100g蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、电搅拌器的四口烧瓶中，升温至90°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；
步骤(2)在烧杯中依次加入0. 20g纳米ΙΤ0、0. 004 gy-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、0. 032g分散剂5040、4g蒸馏水，在200kHz超声波作用下分散30min，得到表面处理后过的纳米ITO分散液。将该纳米ITO分散液加入到步骤(1)所制得的PVA水溶液的四口烧瓶中，再在超声波作用下分散60min ；
步骤(3)称取0. 16g十二烷基苯磺酸钠、0. 55g浓盐酸加入到步骤(2)含有纳米ITO 的PVA水溶液的四口烧瓶中，称取2. 5g正丁醛于恒压滴液漏斗中，在室温下，以10滴/min 滴加正丁醛，滴加完毕后，继续保温反应lh，然后加热池升温到50°C，再恒温50°C继续反应池，然后冷却至室温，用5%的NaOH溶液中和至中性。将产品用蒸馏水多次洗涤、抽滤，在低于50°C的烘箱中烘干，得到纳米ITO (以PVA质量计)为4%的PVB/纳米ITO复合材料产物。步骤(4)称取1.5g步骤(3)得到的PVB/纳米ITO复合材料、0. Olg抗氧剂 2，2、-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)与20g无水乙醇搅拌混合，使PVB纳米复合材料溶解，得到均相溶液，倒入模具中成膜，制备出PVB/纳米ITO复合材料薄膜。
实施例4
步骤(1)将10gPVA、200g蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、电搅拌器的四口烧瓶中，升温至90°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；
步骤(2)在烧杯中依次加入0. 4g纳米ΙΤ0、0. 008 gy-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、0. 064g分散剂5040、8g蒸馏水，在200kHz超声波作用下分散30min，得到表面处理过的纳米ITO分散液。将该纳米ITO分散液加入到步骤(1)所制得的PVA水溶液的四口烧瓶中，再在超声波作用下分散60min ；
步骤(3):称取0. 32g十二烷基苯磺酸钠、0. 55g浓盐酸加入到步骤(2)含有纳米ITO的 PVA水溶液的四口烧瓶中，称取6g正丁醛于恒压滴液漏斗中，在室温下，以10滴/min滴加正丁醛，滴加完毕后，继续保温反应lh，然后加热池升温到50°C，再恒温50°C继续反应2h， 然后冷却至室温，用5%的NaOH溶液中和至中性。将产品用蒸馏水多次洗涤、抽滤，在低于 50°C的烘箱中烘干，得到纳米ITO (以PVA质量计)为4%的PVB/纳米ITO复合材料产物。步骤(4)称取1.5g步骤(3)得到的PVB/纳米ITO复合材料、0. 02g抗氧剂 2，2、-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)与20g无水乙醇搅拌混合，使PVB纳米复合材料溶解，得到均相溶液，倒入模具中成膜，制备出PVB/纳米ITO复合材料薄膜。实施例5
步骤(1)将10gPVA、200g蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、电搅拌器的四口烧瓶中，升温至90°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；
步骤(2)在烧杯中依次加入0. 60g纳米ΙΤ0、0. 012 gy-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、0. 096g分散剂5040、12g蒸馏水，在200kHz超声波作用下分散30min，得到表面处理过的纳米ITO分散液。将该纳米ITO分散液加入到步骤(1)所制得的PVA水溶液的四口烧瓶中，再在超声波作用下分散60min ；
步骤(3)称取0. 32g十二烷基苯磺酸钠、0. 55g浓盐酸加入到步骤(2)含有纳米ITO 的PVA水溶液的四口烧瓶中，称取6. OOg正丁醛于恒压滴液漏斗中，在室温下，以10滴/min 滴加正丁醛，滴加完毕后，继续保温反应lh，然后加热池升温到50°C，再恒温50°C继续反应池，然后冷却至室温，用5%的NaOH溶液中和至中性。将产品用蒸馏水多次洗涤、抽滤，在低于50°C的烘箱中烘干，得到纳米ITO (以PVA质量计)为6%的PVB/纳米ITO复合材料产物。步骤(4)称取1.5g步骤(3)得到的PVB/纳米ITO复合材料、0. 02g抗氧剂 2，2、-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)与20g无水乙醇搅拌混合，使PVB纳米复合材料溶解，得到均相溶液，倒入模具中成膜，制备出PVB/纳米ITO复合材料薄膜。实施例6
步骤(1)将10gPVA、200g蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、电搅拌器的四口烧瓶中，升温至90°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；
步骤(2):在烧杯中依次加入0.8g纳米ΙΤ0、0.016 g Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、0. 128g分散剂5040、16g蒸馏水，在200kHz超声波作用下分散30min，得到表面处理过的纳米ITO分散液。将该纳米ITO分散液加入到步骤(1)所制得的PVA水溶液的四口烧瓶中，再在超声波作用下分散60min ；
步骤(3)称取0. 16g十二烷基苯磺酸钠、0. 55g浓盐酸加入到步骤(2)含有纳米ITO的PVA水溶液的四口烧瓶中，称取7. 5g正丁醛于恒压滴液漏斗中，在室温下，以10滴/min 滴加正丁醛，滴加完毕后，继续保温反应lh，然后加热池升温到50°C，再恒温50°C继续反应池，然后冷却至室温，用5%的NaOH溶液中和至中性。将产品用蒸馏水多次洗涤、抽滤，在低于50°C的烘箱中烘干，得到纳米ITO (以PVA质量计)为8%的PVB/纳米ITO复合材料产物。步骤(4)称取1.5g步骤(3)得到的PVB/纳米ITO复合材料、0. 02g抗氧剂 2，2、-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)与20g无水乙醇搅拌混合，使PVB纳米复合材料溶解，得到均相溶液，倒入模具中成膜，制备出PVB/纳米ITO复合材料薄膜。实施例7
步骤(1)将IOgPVA、200g蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、电搅拌器的四口烧瓶中，升温至90°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；
步骤(2)在烧杯中依次加入0.8g纳米ΙΤ0、0.016 g Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、0. 128g分散剂5040、16g蒸馏水，在200kHz超声波作用下分散30min，得到表面处理过的纳米ITO分散液。将该纳米ITO分散液加入到步骤(1)所制得的PVA水溶液的四口烧瓶中，再在超声波作用下分散60min ；
步骤(3):称取Ig十二烷基苯磺酸钠、0. 55g浓盐酸加入到步骤(2)含有纳米ITO的PVA 水溶液的四口烧瓶中，称取7. 5g正丁醛于恒压滴液漏斗中，在室温下，以10滴/min滴加正丁醛，滴加完毕后，继续保温反应lh，然后加热池升温到50°C，再恒温50°C继续反应2h， 然后冷却至室温，用5%的NaOH溶液中和至中性。将产品用蒸馏水多次洗涤、抽滤，在低于 50°C的烘箱中烘干，得到纳米ITO (以PVA质量计)为8%的PVB/纳米ITO复合材料产物。步骤(4)称取1.5g步骤(3)得到的PVB/纳米ITO复合材料、0. 02g抗氧剂 2，2、-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)与20g无水乙醇搅拌混合，使PVB纳米复合材料溶解，得到均相溶液，倒入模具中成膜，制备出PVB/纳米ITO复合材料薄膜。实施例8:
步骤(1)将10gPVA、200g蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、电搅拌器的四口烧瓶中，升温至90°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；
步骤(2):在烧杯中依次加入0.8g纳米ΙΤ0、0.016 g Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、0. 128g分散剂5040、16g蒸馏水，在200kHz超声波作用下分散30min，得到表面处理过的纳米ITO分散液。将该纳米ITO分散液加入到步骤(1)所制得的PVA水溶液的四口烧瓶中，再在超声波作用下分散60min ；
步骤(3):称取0. 32g十二烷基苯磺酸钠、0. 55g浓盐酸加入到步骤(2)含有纳米ITO的 PVA水溶液的四口烧瓶中，称取6g正丁醛于恒压滴液漏斗中，在室温下，以10滴/min滴加正丁醛，滴加完毕后，继续保温反应lh，然后加热池升温到50°C，再恒温50°C继续反应2h， 然后冷却至室温，用5%的NaOH溶液中和至中性。将产品用蒸馏水多次洗涤、抽滤，在低于 50°C的烘箱中烘干，得到纳米ITO (以PVA质量计)为8%的PVB/纳米ITO复合材料产物。步骤(4)称取1.5g步骤(3)得到的PVB/纳米ITO复合材料、0. 02g抗氧剂 2，2、-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)与20g无水乙醇搅拌混合，使PVB纳米复合材料溶解，得到均相溶液，倒入模具中成膜，制备出PVB/纳米ITO复合材料薄膜。实施例9 步骤(1)将10gPVA、200g蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、电搅拌器的四口烧瓶中，升温至90°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；
步骤(2)在烧杯中依次加入Ig纳米ΙΤ0、0. 02 g Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、0. 16g分散剂5040、20g蒸馏水，在200kHz超声波作用下分散30min，得到表面处理过的纳米ITO分散液。将该纳米ITO分散液加入到步骤(1)所制得的PVA水溶液的四口烧瓶中， 再在超声波作用下分散60min ；
步骤(3):称取0. 32g十二烷基苯磺酸钠、0. 55g浓盐酸加入到步骤(2)含有纳米ITO的 PVA水溶液的四口烧瓶中，称取6g正丁醛于恒压滴液漏斗中，在室温下，以10滴/min滴加正丁醛，滴加完毕后，继续保温反应lh，然后加热池升温到50°C，再恒温50°C继续反应2h， 然后冷却至室温，用5%的NaOH溶液中和至中性。将产品用蒸馏水多次洗涤、抽滤，在低于 50°C的烘箱中烘干，得到纳米ITO (以PVA质量计)为10%的PVB/纳米ITO复合材料产物。步骤(4)称取1.5g步骤(3)得到的PVB/纳米ITO复合材料、0. 02g抗氧剂 2，2、-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)与20g无水乙醇搅拌混合，使PVB纳米复合材料溶解，得到均相溶液，倒入模具中成膜，制备出PVB/纳米ITO复合材料薄膜。实施例10
步骤(1)将10gPVA、200g蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、电搅拌器的四口烧瓶中，升温至90°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；
步骤(2):称取0. 32g十二烷基苯磺酸钠、0. 55g浓盐酸加入到步骤(1)PVA水溶液的四口烧瓶中，称取6g正丁醛于恒压滴液漏斗中，在室温下，以10滴/min滴加正丁醛，滴加完毕后，继续保温反应lh，然后加热池升温到50°C，再恒温50°C继续反应池，然后冷却至室温，用5%的NaOH溶液中和至中性。将产品用蒸馏水多次洗涤、抽滤，在低于50°C的烘箱中烘干，得到PVB产物。步骤(3)称取1. 5g步骤(2)得到的PVB产物、0. 02g抗氧剂2，2:亚甲基双(4_甲基-6-叔丁基苯酚)与20g无水乙醇搅拌混合，使PVB纳米复合材料溶解，得到均相溶液，倒入模具中成膜，制备出PVB材料薄膜。实施例11
步骤(1)将15gPVA、200g蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、电搅拌器的四口烧瓶中，升温至90°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；
步骤(2)在烧杯中依次加入2g纳米ΙΤ0、0. 04 g Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、0. 32g分散剂5040、40g蒸馏水，在200kHz超声波作用下分散30min，得到表面处理过的纳米ITO分散液。将该纳米ITO分散液加入到步骤(1)所制得的PVA水溶液的四口烧瓶中， 再在超声波作用下分散60min ；
步骤(3):称取3g十二烷基苯磺酸钠、8. 84g浓盐酸加入到步骤(2)含有纳米ITO的PVA 水溶液的四口烧瓶中，称取9g正丁醛于恒压滴液漏斗中，在室温下，以10滴/min滴加正丁醛，滴加完毕后，继续保温反应lh，然后加热池升温到50°C，再恒温50°C继续反应池，然后冷却至室温，用5%的NaOH溶液中和至中性。将产品用蒸馏水多次洗涤、抽滤，在低于50°C 的烘箱中烘干，得到纳米ITO (以PVA质量计)为13%的PVB/纳米ITO复合材料产物。步骤(4)称取1.5g步骤(3)得到的PVB/纳米ITO复合材料、0. 03g抗氧剂 2， -亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)与20g无水乙醇搅拌混合，使PVB纳米复合材料溶解，得到均相溶液，倒入模具中成膜，制备出PVB/纳米ITO复合材料薄膜。利用装置1来测试PVB/纳米ITO复合材料薄膜的隔热效果，密闭容器里空腔内空气的温度由22. 7°C上升到57. 7 °C，相比于PVB膜，温度下降了 11. 6 °C。
表1.实施例中制得的PVB/IT0复合材料的性能
权利要求
1. 一种隔热透明聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料，其特征在于其中原料组成及质量份数如下聚乙烯醇5-15 份；蒸馏水100-200 份；表面活性剂0. 2-3 份催化剂0.55-11 份正丁醛2. 5-15 份纳米粒子0. 2-2 份偶联剂0. 004-0. 04 份分散剂0. 03-0. 3 份分散介质4-40 份；抗氧化剂0. 01-0. 03 份其中所述的偶联剂为Y -氨丙基三乙氧基硅烷、Y-缩水甘油醚氧丙基三EY-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任一种或几种；其中所述的分散剂为磺酸盐分散剂、羧酸盐聚合物分散剂；其中所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种；其中所述的催化剂为浓盐酸、浓硫酸中的一种；其中所述的纳米粒子为纳米氧化铟锡、纳米氧化锑锡、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化硼中的一种或几种；其中所述的分散介质为蒸馏水、乙醇、异丙醇中的一种；其中所述的抗氧化剂为苯酚类、酚类、膦类、酯类；其中所述的纳米粒子、偶联剂、分散剂、分散介质的质量比优选为1:0.02: 0. 16:20。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备隔热透明聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料，其特征在于其中所述的分散剂为羧酸盐聚合物分散剂，其中所述抗氧化剂为2，6-二叔丁基对甲基苯酚或抗氧剂2，亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。
3.权利要求1所述的一种用于制备隔热透明聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料的制备方法，照下述步骤进行(1)按照上述质量份数称取原料，将聚乙烯醇和蒸馏水加入到安装有冷凝管、温度计、 电搅拌器的四口烧瓶中，升温至85°C _95°C，使PVA完全溶解，然后冷却至室温；(2)按照上述质量份数分别称取纳米粒子、偶联剂、分散剂、分散介质，在20-2000kHz 超声波作用下分散30-480min，得到经过表面处理的纳米粒子分散液；然后加入到步骤(1) 所制备的聚乙烯醇水溶液的四口烧瓶中，再在超声波作用下分散45-480min，得到含有纳米粒子的聚乙烯醇水溶液；(3)在步骤(2)中所得到含有纳米粒子的聚乙烯醇水溶液的四口烧瓶中加入上述质量份数的表面活性剂，催化剂，在室温下，30-60 min内利用恒压滴液漏斗滴加上述质量份数的正丁醛，滴加完毕再继续保温l_2h，然后加热，2h内升温到50°C，恒温反应1- 后，冷却至室温，用5%的NaOH溶液中和至中性。
4.将产品用蒸馏水多次洗涤，以除去表面活性剂和未反应的正丁醛等杂质，抽滤，在低于50°C的烘箱中烘干，制备出聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料产物；(4)称取步骤(3)得到的聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料与适量的抗氧剂及成膜有机溶剂搅拌混合，使聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料溶解，得到含固量为l_20wt%的均相溶液，倒入模具中成膜，得到聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料隔热透明薄膜，其中步骤(4)的成膜有机溶剂为乙醇、异丙醇。
全文摘要
本发明涉及一种隔热透明聚乙烯醇缩丁醛纳米复合材料及其制备方法，属于聚合物-纳米粒子复合材料领域。借助超声波及分散剂将经偶联剂处理后的纳米粒子分散到聚乙烯醇中，在催化剂作用下，与正丁醛进行缩合反应，原位分散一步法制备纳米复合材料，再与适量抗氧剂、成膜溶剂搅拌混合得到均相溶液，并倒入模具中成膜。该原位分散一步法合成的纳米复合材料制成的薄膜，外观均匀，可见光区透明度高、且反射红外线的隔热效果明显，该法不仅操作方便，简化和缩短了生产工艺路线，而且与其它方法相比，达到同样力学性能和隔热效果，所用的纳米粒子用量更少，因而能明显降低生产成本，有利于工业化生产，在建筑、汽车安全玻璃行业，有广阔的应用前景。
文档编号C08K3/36GK102304261SQ201110215208
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者张东亮, 李坚, 李红莲, 蒋必彪, 马晓敏 申请人:常州大学