專利名稱：二氧化釩系列太陽熱智能控溫高分子片(板)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽熱自動反射和透射智能控溫高分子片(板)材料，特別是涉及一種VO2及其摻Mo或W摻雜物系列粉體改性的太陽熱自動反射和透射智能控溫高分子片(板)材料。其屬于高分子材料改性技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽光的波段分為紫外光(0.2-0.4μm)，可見光(0.4-0.8μm)和近紅外光(0.8-2.6μm)，其能量分布大約為紫外光5％，可見光45％和近紅外光50％。太陽光照射在物體表面時，物體主要吸收近紅外光的能量而使其表面溫度升高。在夏季，陽光照射在金屬板或建筑物表面時，表面溫度可以達到70-80℃，此時需要反射紅外光使物體表面溫度降低；而在冬季，由于氣溫低，需要透過紅外光保溫。目前雖然有太陽熱反射隔熱高分子薄膜，但未見有既能在高溫下反射紅外光，在低溫時又能透過紅外光的高分子材料。本發(fā)明發(fā)明了一種價格相當、在高溫能反射紅外光、低溫透過紅外光且能同時透射可見光的材料，能實現(xiàn)智能控溫。這種材料比現(xiàn)有反射太陽熱的材料性能要好得多，能做到冬暖夏涼，起到少用空調(diào)，節(jié)約能源和保護環(huán)境。
VO2在約68℃時由低溫單斜半導(dǎo)體相轉(zhuǎn)變到高溫四方金屬相，其相變溫度Tc可通過摻雜調(diào)節(jié)，如每摻1％的Mo或W原子，Tc分別減少11或26℃，使得這種材料適宜于室溫下使用。VO2系列相變時伴隨著紅外光(λ＝0.7-20μm)透射率及反射率的突變。在溫度高于Tc時全波段反射紅外光，在溫度低于Tc時全波段透過紅外光，而且這種變化是可逆的，從而實現(xiàn)智能控溫。本發(fā)明第一次提出將VO2系列粉體和高聚物復(fù)合，賦予高聚物優(yōu)良的太陽光隔熱和智能控溫效能。如果在建筑業(yè)的門窗和運輸業(yè)如車、船的門窗上安裝這種材料來代替一般的玻璃，將在夏季有效降低室內(nèi)溫度，在冬季提高室內(nèi)溫度，可以節(jié)省甚至不用空調(diào)，既節(jié)約能源又保護環(huán)境。
專利號為ZL 00117321.9的發(fā)明專利發(fā)明了一種VO2納米粉體及其摻雜物納米粉體的制備方法。該方法以V2O5，鹽酸，草酸和NH4HCO3為起始原料，合成前驅(qū)體氧釩(IV)堿式碳酸銨及其Mo或W摻雜前驅(qū)體，這種化學(xué)摻雜方法使Mo或W離子均勻進入前體晶格，然后將前體在含氧惰性氣氛中熱分解得(V1-xMx)O2粉體。這種粉體的Mo和W離子均勻進入VO2晶格，顯示出(V1-xMx)O2固有晶體特性和與紅外光作用的性能。尤為重要的是，這種化學(xué)摻雜法大大降低了現(xiàn)有VO2粉體、摻Mo或W的VO2粉體由固-固反應(yīng)制備的傳統(tǒng)方法的制備成本；同時，粉體的粒度可由前體的熱解工藝從納米級到微米級進行控制。這保證了VO2及其摻雜物粉體價格較低，材料紅外光性能優(yōu)異，為實現(xiàn)本發(fā)明制備太陽熱智能控溫高分子片(板)材料提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化釩智能控溫高分子片(板)材料，該材料在高溫時太陽熱反射率高，而在低溫時能透射太陽熱，同時可以透過可見光。
本發(fā)明片(板)材料由高分子材料和復(fù)合顏料組成，各組分所占的重量份數(shù)如下高分子材料100-400；復(fù)合顏料 38-102；其中高分子材料可以是有機玻璃、聚碳酸脂、的確良和改性的確良等；復(fù)合顏料由(V1-xMx)O2粉體或(V1-xMx)O2粉體和金紅石型鈦白粉或氧化鋅中的一種或一種以上組成，其中M＝Mo、W，0≤x＜0.045。
本發(fā)明涉及VO2及其摻雜物納米級，亞微米級和微米級粉體及其制備，其制備方法與中國專利ZL 00117321.9相似。以V2O5，草酸和鹽酸為原料，制備VOCl2溶液，然后將VOCl2溶液與NH4HCO3反應(yīng)，得到氧釩(IV)堿式碳酸銨前驅(qū)體；若在VOCl2溶液中加入MoCl2或鉬酸銨的還原物或WOCl2，再與NH4HCO3反應(yīng)，可得摻鉬、摻鎢的氧釩(IV)堿式碳酸銨前驅(qū)體；將VOCl2溶液與鎢酸銨和NH4HCO3混合物反應(yīng)，也可獲得摻鎢氧釩(IV)堿式碳酸銨前驅(qū)體。將前驅(qū)體破碎或不破碎，然后在含氧惰性氣體保護下在500℃-900℃熱分解，即可獲得不同粒徑的(V1-xMx)O2粉體。其中粉體粒度可由前驅(qū)體的破碎程度，熱分解升溫速度和反應(yīng)溫度控制。
本發(fā)明的高分子片(板)材料制備工藝如下按配方將各物料混合均勻后熱熔造粒，然后拉制成片材，厚度約2mm；或者用注塑方法制成板材，厚度大于2mm。所得材料的紅外光反射率的測定，采用美國軍方標準中所規(guī)定的檢測方法。
采用上述技術(shù)方案制成的二氧化釩高分子片(板)材料，具有下述優(yōu)點1.在高聚物中引入具有相變功能的(V1-xMx)O2粉體，能在溫度高于Tc時全波段(0.7-20μm)反射紅外光，紅外光反射效率高，降溫效果好；在溫度低于Tc時全波段透過紅外光，紅外光透過效率高，保溫效果好，從而實現(xiàn)智能控溫。同時可以透過可見光，室內(nèi)有較好的亮度。
2.控溫溫度由(V1-xMx)O2的相變溫度Tc決定，可以根據(jù)需要進行調(diào)整。
3.二氧化釩系列太陽熱智能控溫高分子片(板)材料的各項力學(xué)性能能保持原有高分子材料的指標，有的強度還有所加強。尤其是應(yīng)用(V1-xMx)O2納米粉體，能提高填充料的填充比，改善加工過程中材料的流變性，提高材料在應(yīng)用過程中對腐蝕介質(zhì)的屏蔽作用。
本發(fā)明應(yīng)用前景廣闊，在建筑物、汽車、火車和船舶的門窗有廣泛應(yīng)用，既節(jié)約能源，又保護環(huán)境。
具體實施例方式
實施例1-5二氧化釩太陽熱智能控溫高分子片(板)材料由高分子材料和復(fù)合顏料組成，各組分所占的重量如表1所示。
(V1-xMx)O2粉體的合成方法用V2O5，草酸和鹽酸反應(yīng)制備VOCl2溶液，然后此溶液與碳酸氫銨或碳酸銨在CO2氣流保護下攪拌反應(yīng)，合成氧釩(IV)堿式碳酸銨前驅(qū)體。若制備摻鉬前驅(qū)體，可在VOCl2溶液中加入MoCl2或鉬酸銨還原產(chǎn)物，同上進行合成反應(yīng)。若制備摻鎢前驅(qū)體，可在VOCl2溶液中加入WOCl2，同上進行反應(yīng)；或在碳酸氫銨或碳酸銨中加入鎢酸銨溶液，同上進行反應(yīng)。摻雜氧釩(IV)堿式碳酸銨中的Mo/V或W/V比例，由反應(yīng)體系中的Mo/V或W/V比例確定。將前驅(qū)體破碎到不同粒度，然后在含氧的N2或Ar氣保護下在反應(yīng)爐中升溫?zé)峤?，控制不同升溫速度和不同熱解溫度，保?.5h，即得(V1-xMx)O2粉體，其結(jié)果列于表2。
二氧化釩系列太陽熱智能控溫高分子片(板)材料的制備方法按配方將各物料混合均勻后，熱熔造粒，然后用拉制法制成片材(厚度約2mm)；用注塑方法制成板材(厚度大于2mm)。測定其紅外光反射率，其結(jié)果列于表1。
表1 VO2系列太陽熱智能控溫高分子片(板)材料組分重量

表2 不同熱分解條件下的(V1-xMx)O2粉體

權(quán)利要求
1.一種二氧化釩太陽熱智能控溫高分子片(板)材料，其特征在于該片(板)由高分子材料和復(fù)合顏料組成，各組分所占的重量份數(shù)如下高分子材料 100～400，復(fù)合顏料 38～102；其中高分子材料為有機玻璃、聚碳酸脂、改性的確良或的確良；復(fù)合顏料由(V1-xMx)O2粉體或(V1-xMx)O2粉體和金紅石型鈦白粉或氧化鋅中的一種或一種以上組成，其中M＝Mo、W，0≤x＜0.045。
2.如權(quán)利要求1所述的二氧化釩太陽熱智能控溫高分子片(板)材料，其特征是所述(V1-xMx)O2粉體可以是微米級、亞微米級或納米級粉體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的二氧化釩太陽熱智能控溫高分子片(板)材料，其特征在于所述(V1-xMx)O2粉體由氧釩(IV)堿式碳酸銨及其摻鉬或鎢前驅(qū)體在含氧的惰性氣氛中在500℃～900℃熱分解所得的粉體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氧化釩及其摻雜物系列粉體相變材料的太陽熱智能控溫高分子片(板)材料。該高分子片(板)由高分子材料和復(fù)合顏料組成。與現(xiàn)有太陽熱反射高聚物不同，這種高分子片(板)材料能在(V
文檔編號C08L33/12GK1624041SQ20041005196
公開日2005年6月8日 申請日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者鄭臣謀, 雷德銘, 儲向峰 申請人:中山大學(xué)