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抗近红外/紫外辐射薄膜的研究

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合理利用太阳光是当今节能与环保学科的重要课题。太阳光依然是地球照明的主要光源，而太阳光中热效应最显著的近红外部分（780-2500nm）在很多场所需要被隔绝,例如运行空调系统的建筑物或运输工具等。常规解决玻璃的防晒隔热的方法主要有贴装防晒隔热膜、使用热反射金属镀膜玻璃等。但二者透明度差，不能充分利用可见光照明；反射率高，光污染严重，且金属膜既干扰电讯讯号，又极易氧化，这会破坏它的隔热和透明效果。如果采用透明、隔热纳米特种功能涂料来处理玻璃表面，其形成的纳米薄膜具有阻隔紫外/近红外辐射、低反射率、高透明度等特征，更重要的是它可以灵活地在现场施工且不受大面积、非平面及有机透明材料表面涂装的制约。玻璃表面处理用透明、隔热涂料市场目前几乎完全是空白，其相关研究特别是抗近红外性能的研究与应用国内外少有报道。本文首次采用脉冲激光沉积法（PLD）筛选出抗近红外/紫外的金属氧化物，再运用Sol-Gel法、原位聚合、高分子模板法等制备了一系列防红外紫外等功能的共混复合薄膜、溶胶-凝胶复合薄膜以及有机无机共聚薄膜，并研究薄膜在紫外光/可见光/近红外光不同区域的选择性透过规律及机理，为开发抗近红外紫外的新型环保节能涂料提供开发思路和基础数据。虽然PLD目前难以制备大面积薄膜，但利用PLD方法研究并选择抗近红外/紫外有效成分具有快捷、系统、选择性强、操作方便的优点。金属氧化物薄膜的UV-VIS、FTIR及AFM研究结果表明：金属氧化物薄膜的抗近红外性能与中心金属的金属性一致。吸波性能和透波性还与纳米粒子的粒径、形状和排布密切相关。综合考虑紫外区和近红外区的阻隔作用与可见光区的透过率，氧化钛在开发抗近红外/紫外的新型隔热涂料方面最有发展前景。运用上述研究结果筛选出的核心阻隔紫外/近红外成分，采用溶胶-凝胶法、原位聚合等化学方法制备了多种水溶性溶胶-凝胶高分子复合物及其薄膜。其薄膜的UV和FTIR研究结果显示，含TiO2复合薄膜在研制玻璃表面用透明、隔热特种功能涂料上具有潜在的应用价值：当TiO2含量达到2﹪时，对可见光透过率大于60﹪，可完全隔绝300nm以下的紫外线，对近红外线的阻隔率可以达到近50﹪。金属氧化物粒子溶胶-凝胶高分子复合薄膜对阻隔紫外光作用可以归结为纳米粒子对紫外的反射和吸收作用；对近红外的阻隔作用与纳米粒子对近红外光的吸收、反射作用以及平均粒径有关。当TiO2/聚丙烯酸复合物的平均粒径在2000-2500nm时，可以兼顾薄膜的透明性和抗近红外性能要求。为了改善复合材中料有机物与无机子之间常有的团聚现象，粒利用无皂乳液原位聚合技术，以表面具有螯合官能团的高分子材料－Poly(BA-co-GMA-IDA)为高分子液体模板制备了Y2O3功能性溶胶复合薄膜。其对320nm以下的中短紫外光阻隔率大于97﹪（300nm以后可完全隔绝紫外），对320-380nm的长波紫外线的阻隔率也大于80﹪。；近红外阻隔率可以达到70﹪以上。以高分子模板制备复合薄膜的抗紫外、红外性能明显优于未用高分子基板制备的同类型薄膜。含Y2O3隔热涂料在全棉类面料上也表现出明显的隔热效果，对蓝、绿、红、白色布料降温可达3－6℃，对黑色布料的降温效果更高达10℃左右。在制备具有抗紫外、近红外功能的凉爽型纤维及织物方面具有良好的市场前景。首次利用C60奇特的三维高度非定域电子共轭结构所具有良好的红外和紫外吸收性能来制备隔热功能薄膜和涂层。采用自由基聚合的方法合成了水溶性C60修饰物－C60-PAMPS，与聚丙烯酸酯共混后制备了共混纳米薄膜；还采用紫外固化技术和无皂乳液聚合方法制备了水溶性的C60/丙烯酸/丙烯酸丁酯无皂乳液及其薄膜。TEM分析表明：两种方法中C60团聚现象都有所改善，但先修饰再共混的方法分散C60的效果更好。UV和FTIR研究结果表明：共混纳米薄膜的抗近红外效果更强，但含C60无皂乳液既可UV固化，也可热固化，UV固化技术与水溶性材料的结合是涂料领域很有发展前途的研究方向。含C60-PAMPS(含C601‰)共混薄膜的可见光透过率≧80﹪；在紫外区域可完全隔绝300nm以下的紫外线；在近红外区阻隔率为45﹪。含C60-PAMPS薄膜具有良好的近红外、紫外阻隔功能。其抗近红外/紫外作用，可以归结于C60独特的电子结构和纳米微粒的基本特性的共同作用，此外与薄膜的散射能力也有关系。以具有阻隔近红外/紫外辐射、高透明度、低反射率等功能的金属氧化物溶胶复合材料和含C60有机无机复合材料为基础，研制玻璃表面用透明隔热纳米特种功能涂料，符合汽车玻璃及建筑玻璃发展的趋势，具有广阔的应用前景。

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