高隔热PVB节能膜片的制备与性能研究

摘要

将对紫外和红外光线具有吸收或反射功能的半导体纳米粒子作为添加剂加入聚乙烯醇缩丁醛(PVB)膜片中,可以使其具有阻隔紫外和红外光线的功能。二氧化硅(SiO2)、氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO2)为宽禁带半导体材料,对紫外光线为本征吸收;氧化锑锡(ATO)、氧化铟锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)为高自由载流子浓度的半导体材料,具有对紫外光线本征吸收、可见光线高透过以及对红外光线高反射的特性。在本文中将它们的纳米粒子作为添加剂加入到PVB膜片中,研究该复合膜片对不同波长光线的透过率和实际隔热效果。
　　 本文采用溶液共混的方式将SiO2、ZnO、TiO2、ATO和ITO的纳米粒子加入到PVB树脂中,分别制备它们的复合膜片,讨论这些复合膜片对不同波长光线的阻隔效果以及这些添加剂不同添加量的影响。结果表明:在保持可见光较高透过率的前提下,它们的最佳添加量分别为0.15wt％、0.3wt％、0.2wt％、0.2wt％和0.2wt％,其中。TiO2对紫外光线的吸收比ZnO弱,而强于SiO2。PVB/ATO和PVB/ITO复合膜片对波长在1500-2500nm的红外光线均有较好的阻隔效果,在可见光透过率近似相同时,PVB/ITO复合膜片对红外光线的透过率要低于PVB/ATO膜片;经过实际隔热测试,这两种复合膜片相对纯PVB膜片,能使隔热箱降温7-8℃。
　　 本文重点研究了AZO纳米粒子的制备方法,讨论了溶胶浓度、Al掺杂含量、煅烧温度对AZO粉体结晶程度、晶粒粒径大小和电阻率的影响。另外还研究了其表面改性的机理,并将其用硅烷偶联剂(KH570)改性后用于PVB膜片的添加剂,讨论PVB/AZO复合膜片对不同波长光线的阻隔和实际隔热效果。结果表明:经过硅烷偶联剂改性后的AZO团聚减轻,能稳定分散在无水乙醇中;在溶胶浓度增加到0.5mol/l时,结晶程度最高、晶粒粒径最大、电阻率最低,添加该条件下制备的AZO的PVB膜片对紫外光线透过率最高,而对红外光线透过率最低;随着掺Al含量的升高,AZO粉体结晶程度降低且晶粒粒径逐渐减小,当掺Al含量为2％时,ZnO的自由载流子浓度和迁移率都较高,电阻率最小,而其禁带宽度最大,作为PVB膜片的添加剂时,复合膜片的紫外光线透光率最高,红外光线透光率最低;随着煅烧温度的升高,AZO粉体结晶程度增高且晶粒粒径逐渐变大,在600℃,AZO的自由载流子浓度和迁移率都较高,电阻率最小,而其禁带宽度最大,作为PVB膜片的添加剂时,复合膜片的紫外光线透过率最高,红外光线透过率最低。不同条件下制得的AZO的性能差异主要是由自由载流子的浓度和迁移率的变化引起,自由载流子浓度和迁移率同时较高时,AZO的禁带宽度会变大,等离子波长会变小,对紫外光线吸收的截止波长和对红外光线反射的截止波长都会向短波方向移动。