四院征文隔热膜

高效节能隔热窗膜的研究与开发王磊王兰芳臧攀赵强国常州山由帝杉防护材料制造有限公司摘要高效节能隔热窗膜使用近红外吸收剂对阳光中主要热量产生区——近红外波段进行吸收来达到高效节能隔热的目的，而近红外吸收剂具有很好的透明性和吸热性，主要是（但是）有机金属络合物，其溶解性差，稳定性较弱。另外，在复合材料体系中，有机物受温度影响发生变化，有机物与有机物之间发生复杂的反应，从而使复合材料的耐候性受到影响。本项目主要通过研究实验进行溶剂体系及其配比的选择；合适的胶黏剂的选择；产品结构的设计；精密涂布工艺的确定等，成功地解决上述问题，开发出国内第一个高效节能窗膜。关键词近红外吸收剂、涂布、聚酯薄膜、隔热窗膜1前言我国玻璃窗膜用量仅次于美国跃居世界第二，但由于制造技术水平同先进国家相比还有很大的差距，所以市场上所用窗膜基本上依赖进口，价格昂贵，每年需要花费大量的外汇。用近红外吸收剂作为隔热窗膜的研究属于最近两年兴起的技术，韩国和日本已有相关产品，但相关专利很少，中国未见将近红外应用在窗膜的厂家，同时国内也未见生产高效节能窗膜的专利，本项目的成功实施，将缓解我国玻璃窗膜供应不足和长期依赖从国外进口的现状，使我国玻璃窗膜产业实现质的飞跃。2实验部分2.1原理及研究方法根据现代窗膜使用紫外吸收剂对外界紫外进行阻隔的原理，推论出用近红外吸收剂对阳光中主要热量产生区——近红外波段进行吸收来达到高效节能隔热的目的。首先经过结构分析寻找合适的近红外吸收剂能达到阻隔近红外线的效果，具体步骤如下：第一，对近红外阻隔材料及技术研究分析，寻找可靠并且有效隔热材料，通过研究，选择近红外吸收剂作为公司新的隔热材料对近红外线进行阻隔；第二，收集关于近红外吸收剂的材料，对其进行分类，寻找分析对阳光中热量主要产生的近红外波段900-1000nm有强吸收及反射的材料，研究发现大共轭结构的有机金属络合物对850-1200nm的近红外波段有强吸收及反射功能；第三，寻找到合适类型的材料后，在实验室研究选择能应于实际生产的材料，最终只确定其中一种材料进行实际应用。开展环保溶剂体系及胶粘结选择的实验，确定溶剂体系配比及溶剂与胶粘剂的配比等各部分材料比例关系的研究；第四，实验室研究成功后进行上机实验的计划，进行不同条件及不同规模的上机实验，对上机产品进行后续观察研究，最终确定工艺及生产规模。2.2研究内容主要研究内容：有机金属近红外吸收剂具有很好的透明性和吸热性，但由于近红外吸收剂属于有机金属络合物，溶解性差，稳定性较弱。另外，在复合材料体系中，有机物受温度影响发生变化，有机物彼此之间发生复杂的反应，从而使复合材料的耐候性受到影响。本项目主要通过研究实验进行产品结构的设计；溶剂体系及其配比的选择；合适的胶黏剂的选择；精密涂布工艺的确定等。2.2.1产品结构的设计实验研究最终确定了高效节能隔热窗膜产品的结构，如图1所示，产品是由抗刮耐磨层1、透明聚酯或聚乙烯塑料薄膜基材2、隔热丙烯酸胶粘剂层3、阻隔紫外光透明聚酯或聚乙烯塑料薄膜基材4、阻隔紫外光丙烯酸胶粘剂层5和离型膜6构成且复合为一体。图12.2.2合适的、更环保的溶剂体系的研究无论是国内还是国外，涂布使用的溶剂体系多数采用甲苯，毒性较大。本项目通过大量实验，最终确定隔热层使用的溶剂体系，采用低毒类溶剂丁酮、乙酸乙酯、4-甲基-2-戊酮等，同时将挥发的溶剂导入RTO系统燃烧产生热量进行循环利用的清洁生产方式，更加环保和节能；另外，本项目使用的溶剂体系对近红外吸收剂材料的溶解性能好，能有利于高效节能窗膜批产工艺问题的解决。2.2.3筛选适宜的近红外节能填料，通过本公司自主研发的后处理和分散技术，制备透明高效节能复合胶粘剂近红外吸收剂种类繁多，应用在涂布行业上国内外均不多见，同时怎样将有机金属近红外吸收剂分散并且和胶粘剂均匀混合都是复杂的技术。本项目通过调研和试验，筛选适宜的近红外吸收剂，并采用本公司自主研发的后处理和分散技术，最终制得可以应用于批量生产的透明高效节能复合胶粘剂。2.2.4研制出胶粘剂和高效节能材料近红外吸收剂的配比，使高效节能复合胶粘剂既具有良好的隔热性能、粘结性能、耐候性能，又有极佳的使用适用期通过实验选择出能应用在实际生产中最合适的胶粘剂，并研制出胶粘剂和高效节能材料近红外吸收剂的最佳配比，生产产品指标合格同时耐候性好。3高效节能隔热窗膜的制备第一，准备厚度为19μm的透明聚酯塑料薄膜基材2；厚度为19μm的阻隔紫外光透明聚酯塑料薄膜基材4；厚度为23μm的离型膜6；第二，配制形成抗刮耐磨层1的混合物料，按聚氨酯：甲苯：丁酮的质量比为5：3：7准备上述各组分，在常温下将上述组分混合均匀，即可保存备用；第三，配制形成隔热丙烯酸胶粘剂层3的混合物料，按隔热物质：丙烯酸胶粘剂：固化剂：紫外光吸收剂：染料：丁酮：乙酸乙酯：4-甲基-2-戊酮的质量比为0.01：9.0：0.003：0.001：0.002：3：3：2准备上述各组分，在环境温度为18～28℃下，先将丁酮和隔热物质混合并搅拌10分钟后，过滤，再加到装有丙烯酸胶粘剂的配制槽内，混合均匀并搅拌15分钟后，加入固化剂再搅拌20分钟后，测量粘度为110～180第四，配制形成阻隔紫外光丙烯酸胶粘剂层5的混合物料。按丙烯酸胶粘剂:固化剂：紫外光吸收剂：甲苯：丁酮的质量比为4：0.003：0.003：1：2准备上述各组分，在常温下将上述组分混合均匀，即可保存备用。3.2制备隔热窗膜在透明聚酯或聚乙烯塑料薄膜基材2的一个表面上，涂覆形成隔热丙烯酸胶粘剂层3的混合物料后，在温度80～130℃，经过10～120秒后固化，形成隔热丙烯酸胶粘剂层3，接着将阻隔紫外光透明聚酯或聚乙烯塑料薄膜基材4复合在隔热丙烯酸胶粘剂层3表面，然后在阻隔紫外光透明聚酯或聚乙烯塑料薄膜基材4的外表面上，涂覆形成阻隔紫外光丙烯酸胶粘剂层5的混合物料后，在温度80～130℃，经过10～120秒后固化，形成阻隔紫外线的丙烯酸胶粘剂层5，再将离型膜6复合在阻隔紫外光丙烯酸胶粘剂层5表面，最后在透明聚酯或聚乙烯塑料薄膜基材2的另一个表面上涂覆形成抗刮耐磨层1的混合物料后，在温度80～130℃，经过10～120秒后，再用紫外光照射，形成抗刮耐磨层1，从而制得各层复合为一体的隔热窗膜；其中，抗刮耐磨层1的厚度为1～6μm；隔热丙烯酸胶粘剂层3的厚度为6～18μm；阻隔紫外光丙烯酸胶粘剂层5的厚度为4～20μm，所述隔热丙烯酸胶粘剂层3的厚度与阻隔紫外光丙烯酸胶粘剂层5的厚度相同，或者不同；在涂覆抗刮耐磨层1的混合物料、隔热丙烯酸胶粘剂层3的混合物料和阻隔紫外光丙烯酸胶粘剂层5的混合物料时，采用逗点式涂布。4实验结果4.1上机实验产品结果通过实验室完善的实验研究后，进行了上机实验生产，对产品进行了评估，表1是实验产品所达到的指标。表1高效节能隔热窗膜的生产产品指标检测项目检测标准测试方法紫外线阻隔率99.99％360nm波长剥离强度1284g/inchGB/T2792红外线阻隔率96％850～1050nm波长SR硬度3HASTMD3363透光率68％ASTMD1003由表1可知，产品的红外线阻隔率很高，国际上在保证隔热窗膜透光率为60％以上的条件下，厂家所生产的隔热窗膜红外阻隔率高于80％的产品就属于高端产品，此实验产品在国际上属于高端先进水平。4.2产品耐候性实验结果将使用UV膜实验产品UV-IR7090与未使用UV膜实验产品IR7090各分六份进行耐候性实验，UV-IR7090样品具体指标如表2所示，IR7090样品具体指标如表3表2UV-IR7090样品具体指标产品名UV-IR7090样品名G-1G-2C-1C-2M-1M-2VLT（％）686868686868UVCUT（％）99.999.999.999.999.999.9IRCUT（％）90.890.390.890.890.790.7表3IR7090样品具体指标产品名IR7090样品名G-1G-2C-1C-2M-1M-2VLT（％）686868686868UVCUT（％）99.999.999.999.999.999.9IRCUT（％）90.890.690.890.590.690.6将所有样品贴在透明玻璃上经过2000h耐候性实验，使用UV-IR7090与IR7090样品进行对比实验，目的是考察紫外线对隔热层的影响，UV-IR7090耐候性实验结果见表4，IR7090耐候性实验结果见表5，UV-IR7090与IR7090样品经过耐候性实验IRCUT下降曲线如图2所示。表4UV-IR7090耐候实验结果指标产品名UV-IR7090样品名G-1G-2C-1C-2M-1M-2VLT（％）656868686965UVCUT（％）99.999.799.999.799.999.7IRCUT（％）868787888786表5IR7090耐候实验结果指标产品名IR7090样品名G-1G-2C-1C-2M-1M-2VLT（％）696869686969UVCUT（％）46.746.746.746.746.746.7IRCUT（％）363837373636由表4与表5可知，UV-IR7090样品的耐候性好，而IR7090样品的耐候性很差，分析得出，用近红外吸收剂作为隔热窗膜的生产存在耐候性较差的缺点，但是经过紫外线隔绝后可以消除此缺点。图25结论（1）本项目通过研究实验进行产品结构的设计；溶剂体系及其配比的选择；合适的胶黏剂的选择；精密涂布工艺的确定等，成功地生产出高效节能隔热窗膜，隔热性能指标达到国际高端先进水平。（2）近红外吸收剂在紫外线的照射下其吸收红外波段的性能会大幅降低，所以在隔热层表面要进行紫外线的阻隔，本项目中采用紫外阻隔薄膜成功解决了近红外吸收剂不耐老化的问题。（3）使用近红外吸收剂作为高效节能隔热窗膜的生产研究已经成熟，生产工艺也较为完善，高效节能隔热窗膜可以投入生产。参考文献[1]程海峰，门金凤，刘世利，陈朝辉.吸收型近红外滤光片的制备[J].红外技术,2006，28(10)；591～593.[2]CherylE.Kennedy.Progresstodevelopanadvancedsolar-selectivecoating[J].BiennialCSPSolarPACESSymposium,2008,14;1～9.[3]Y.-H.Tak,K.-B.Kim,H.-G.Park,K.-H.Lee,J.-R.Lee,ThinSolidFilms2002,12,411.[4]J.Puetz,M.A.Aegerter,G.Guzman,J.SolGelSci.Technol.2004,125,32.[5]王燕，王桦，姚祖