核-壳结构双功能纳米颗粒液相透明分散体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了核‑壳结构双功能纳米颗粒液相透明分散体，包括核‑壳结构双功能纳米颗粒、表面改性剂和液相介质；其中核‑壳结构双功能纳米颗粒包括具有紫外线屏蔽功能的金属氧化物内核和覆盖在金属氧化物内核外具有红外线阻隔功能的掺杂氧化物外壳；所述核‑壳结构双功能纳米颗粒均匀地分散在含有表面改性剂的液相介质中。还公开了上述分散体的制备方法；本发明专利技术的分散体可见光透过率高，具有紫外线屏蔽作用，同时具有阻隔红外线功能；且具有良好的稳定性和透明性。

【技术实现步骤摘要】
核-壳结构双功能纳米颗粒液相透明分散体及其制备方法
本专利技术属于纳米材料
，尤其涉及一种核-壳结构双功能纳米颗粒液相透明分散体及其制备方法。
技术介绍
太阳光由紫外线(200nm-380nm)，可见光(380nm-760nm)和红外线(760nm-2500nm)组成。紫外线不仅对人体的皮肤、眼睛及免疫系统造成伤害，也会导致皮具、塑胶等物件的老化褪色，影响物品使用寿命。红外线是热量的主要来源，它极大地增加了室内空调和负荷，消耗大量的能量。因此，需要对红外线和紫外线进行阻隔，阻隔率越高越好，也就是透过率越低越好。众所周知，许多金属氧化物具备优异的紫外线屏蔽或红外线阻隔功能，因而成为当前的研究热点。其中，紫外线屏蔽材料主要包括氧化铈、氧化锌、氧化钛、氧化铁、氧化铝等金属氧化物；红外线阻隔材料主要包括钨青铜类化合物、氧化铟锡(简称：ITO)、氧化锡锑(简称：ATO)等。一般来说，上述无机紫外线屏蔽材料的纳米粒子与有机聚合物复合后能够得到具有紫外线屏蔽功能的有机无机纳米复合材料；而红外线阻隔材料的纳米粒子与有机聚合物复合后能够得到具有红外线阻隔功能的有机无机纳米复合材料。上述复合材料在紫外线屏蔽或红外线阻隔透明器件或材料领域具有广阔的应用前景。为了保证复合材料的高透明特性，要求无机纳米粒子具有足够小的粒径，而且在有机聚合物中具有很好的分散性。然而，纳米颗粒的表面能很大，处于高度的热力学不稳定状态，颗粒之间易团聚，将其添加到透明有机体系中，容易导致材料透明度明显下降，不能发挥其纳米功效。为了解决纳米颗粒在应用过程中的分散难题，最为有效的方法之一就是制备透明性良好、均匀稳定的纳米颗粒液相透明分散体。与传统的纳米粉体相比，分散体中的纳米颗粒在液相介质中存在更多的相互作用力，使其保持均一规则的形貌和尺寸，并能稳定地分散，有利于在后续的应用中降低纳米颗粒团聚的可能性，从而提高纳米颗粒的利用价值，制备出性能更加优异的材料。中国专利CN103881136B公开了一种全波段吸收紫外线的高透明掺杂金属氧化物分散体及制备方法，该分散体通过溶剂热法制备，可以完全阻隔100-400nm波段的紫外线；中国专利CN105457572A公开了一种二氧化硅包覆金属掺杂氧化锡材料及其分散体，制备的颗粒具有较强的红外线阻隔率和分散性，分散体具有良好的稳定性和一定的透明性。目前，已经报道的许多金属氧化物纳米分散体仅具有紫外线屏蔽或者红外线阻隔功能，功能单一。为了满足实际应用的要求，需要不同功能的纳米分散体混合使用，在此过程中可能会造成颗粒的团聚，并且多种分散体的制备过程中会消耗更多的表面改性剂，增加成本。因此，在具有可见光透过率高的基础上，制备具有紫外线屏蔽作用，又同时具有阻隔红外线功能的纳米分散体成为一个重要的亟待解决的课题。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种核-壳结构双功能纳米颗粒液相透明分散体。该分散体可见光透过率高，具有紫外线屏蔽作用，同时具有阻隔红外线功能；且分散体具有良好的稳定性和透明性。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种核-壳结构双功能纳米颗粒液相透明分散体的制备方法。为解决上述第一个问题，本专利技术采用如下的技术方案：本专利技术一种核-壳结构双功能纳米颗粒液相透明分散体，包括核-壳结构双功能纳米颗粒、表面改性剂和液相介质；其中核-壳结构双功能纳米颗粒包括具有紫外线屏蔽功能的金属氧化物内核和覆盖在金属氧化物内核外具有红外线阻隔功能的掺杂氧化物外壳；所述核-壳结构双功能纳米颗粒均匀地分散在含有表面改性剂的液相介质中。本专利技术创造性的将具有两种不同功能的纳米粒子组合构成为核-壳结构双功能纳米颗粒分散体，同时具有紫外线屏蔽功能、红外线阻隔功能和可见光透过率高性能，并保证了核-壳结构双功能纳米颗粒分散体具有良好的稳定性和透明性。作为技术方案的进一步改进，所述核-壳结构双功能纳米颗粒占分散体总量8-60wt％，表面改性剂占分散体总量0.1-30wt％，液相介质占分散体总量10-90wt％；核-壳结构双功能纳米颗粒的一维尺寸为2-80nm；优选地，所述核-壳结构双功能纳米颗粒占分散体总量15-50wt％，表面改性剂占分散体总量1-20wt％，液相介质占分散体总量30-80wt％；更优选地，所述核-壳结构双功能纳米颗粒占分散体总量20-40wt％，表面改性剂占分散体总量1-10wt％，液相介质占分散体总量50-70wt％。本申请发现，所述核-壳结构双功能纳米颗粒的含量对产品稳定性和透明性功能的影响并非线性增加或减少，所述表面改性剂和液相介质的含量对产品功能的影响也并非线性增加或减少。含量的选择范围对紫外线屏蔽、红外线阻隔、可见光透过率、稳定性和透明性均会造成一定的影响。作为技术方案的进一步改进，所述具有紫外线屏蔽功能的金属氧化物内核选自氧化铈、氧化锌、氧化钛、氧化铁、氧化铝、掺杂氧化锌、掺杂氧化钛中的一种或多种。优选地，所述掺杂氧化锌中的掺杂元素选自铝、钙、镓、镉、铈、铜、铁、镁、锡、锑、银、钛中的一种或多种，所述掺杂元素与氧化锌中锌的摩尔比为1-50:100；更优选地，所述掺杂元素与氧化锌中锌的摩尔比为5-40:100；最优选地，所述掺杂元素与氧化锌中锌的摩尔比为10-30:100。优选地，所述掺杂氧化钛中的掺杂元素选自锌、锡、镧中的一种或多种，所述掺杂元素与氧化钛中钛的摩尔比为1-50:100；更优选地，所述掺杂元素与氧化钛中钛的摩尔比为5-40:100；最优选地，所述掺杂元素与氧化钛中钛的摩尔比为10-30:100。作为技术方案的进一步改进，所述具有红外线阻隔功能的掺杂氧化物外壳为掺杂氧化锡、掺杂氧化铟、钨青铜类化合物、钼青铜类化合物、钨钼青铜类化合物中的一种或多种。优选地，所述掺杂氧化锡中的掺杂元素选自铟、锑、钛、锌、钨、氟、铁、银、铂中的一种或多种，掺杂元素与氧化锡中锡的摩尔比为1-50:100；更优选地，所述掺杂元素与氧化锡中锡的摩尔比为5-40:100；最优选地，所述掺杂元素与氧化锡中锡的摩尔比为10-30:100。优选地，所述掺杂氧化铟中的掺杂元素选自锡、锑、钛、钨、铜、铁中的一种或多种，掺杂元素与氧化铟中铟的摩尔比为1-50:100。更优选地，所述掺杂元素与氧化铟中铟的摩尔比为5-40:100；最优选地，所述掺杂元素与氧化铟中铟的摩尔比为10-30:100。优选地，在所述钨青铜类化合物、钼青铜类化合物和钨钼青铜类化合物中，部分化合物中的钨或钼以+6价存在，其余化合物中的钨或钼以+5或+4价存在；所述钨青铜类化合物、钼青铜类化合物或钨钼青铜类化合物中的掺杂元素为锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锗、锡、铝、镓、铟、银、金、钛和锆中的一种或两种，掺杂元素与钨和/或钼总量的摩尔比为1-50:100。更优选地，所述掺杂元素与钨和/或钼总量的摩尔比为5-40:100；最优选地，所述掺杂元素与钨和/或钼总量的摩尔比为10-30:100。作为技术方案的进一步改进，所述表面改性剂选自六偏磷酸钠、聚丙烯酸纳、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、月桂酸钠、硬脂酸钠、醋酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧乙烯、丙烯酸、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(简称：吐温)、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十八胺、油酸钠、正硅酸乙酯、乙烯基硅烷、聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.核‑壳结构双功能纳米颗粒液相透明分散体，其特征在于：包括核‑壳结构双功能纳米颗粒、表面改性剂和液相介质；其中核‑壳结构双功能纳米颗粒包括具有紫外线屏蔽功能的金属氧化物内核和覆盖在金属氧化物内核外具有红外线阻隔功能的掺杂氧化物外壳；所述核‑壳结构双功能纳米颗粒均匀地分散在含有表面改性剂的液相介质中。

【技术特征摘要】
1.核-壳结构双功能纳米颗粒液相透明分散体，其特征在于：包括核-壳结构双功能纳米颗粒、表面改性剂和液相介质；其中核-壳结构双功能纳米颗粒包括具有紫外线屏蔽功能的金属氧化物内核和覆盖在金属氧化物内核外具有红外线阻隔功能的掺杂氧化物外壳；所述核-壳结构双功能纳米颗粒均匀地分散在含有表面改性剂的液相介质中。2.根据权利要求1所述的透明分散体，其特征在于：所述核-壳结构双功能纳米颗粒占分散体总量8-60wt％，表面改性剂占分散体总量0.1-30wt％，液相介质占分散体总量10-90wt％；核-壳结构双功能纳米颗粒的一维尺寸为2-80nm；优选地，所述核-壳结构双功能纳米颗粒占分散体总量15-50wt％，表面改性剂占分散体总量1-20wt％，液相介质占分散体总量30-80wt％；更优选地，所述核-壳结构双功能纳米颗粒占分散体总量20-40wt％，表面改性剂占分散体总量1-10wt％，液相介质占分散体总量50-70wt％。3.根据权利要求1所述的透明分散体，其特征在于：所述具有紫外线屏蔽功能的金属氧化物内核选自氧化铈、氧化锌、氧化钛、氧化铁、氧化铝、掺杂氧化锌、掺杂氧化钛中的一种或多种；优选地，所述掺杂氧化锌中的掺杂元素选自铝、钙、镓、镉、铈、铜、铁、镁、锡、锑、银、钛中的一种或多种，所述掺杂元素与氧化锌中锌的摩尔比为1-50:100；更优选地，所述掺杂元素与氧化锌中锌的摩尔比为5-40:100；最优选地，所述掺杂元素与氧化锌中锌的摩尔比为10-30:100；优选地，所述掺杂氧化钛中的掺杂元素选自锌、锡、镧中的一种或多种，所述掺杂元素与氧化钛中钛的摩尔比为1-50:100；更优选地，所述掺杂元素与氧化钛中钛的摩尔比为5-40:100；最优选地，所述掺杂元素与氧化钛中钛的摩尔比为10-30:100。4.根据权利要求1所述的透明分散体，其特征在于：所述具有红外线阻隔功能的掺杂氧化物外壳为掺杂氧化锡、掺杂氧化铟、钨青铜类化合物、钼青铜类化合物、钨钼青铜类化合物中的一种或多种；优选地，所述掺杂氧化锡中的掺杂元素选自铟、锑、钛、锌、钨、氟、铁、银、铂中的一种或多种，掺杂元素与氧化锡中锡的摩尔比为1-50:100；更优选地，所述掺杂元素与氧化锡中锡的摩尔比为5-40:100；最优选地，所述掺杂元素与氧化锡中锡的摩尔比为10-30:100；优选地，所述掺杂氧化铟中的掺杂元素选自锡、锑、钛、钨、铜、铁中的一种或多种，掺杂元素与氧化铟中铟的摩尔比为1-50:100。更优选地，所述掺杂元素与氧化铟中铟的摩尔比为5-40:100；最优选地，所述掺杂元素与氧化铟中铟的摩尔比为10-30:100；优选地，在所述钨青铜类化合物、钼青铜类化合物和钨钼青铜类化合物中，部分化合物中的钨或钼以+6价存在，其余化合物中的钨或钼以+5或+4价存在；所述钨青铜类化合物、钼青铜类化合物或钨钼青铜类化合物中的掺杂元素为锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锗、锡、铝、镓、铟、银、金、钛和锆中的一种或两种，掺杂元素与钨和/或钼总量的摩尔比为1-50:100；更优选地，所述掺杂元素与钨和/或钼总量的摩尔比为5-40:100；最优选地，所述掺杂元素与钨和/或钼总量的摩尔比为10-30:100。5.根据权利要求1所述的透明分散体，其特征在于：所述表面改性剂选自六偏磷酸钠、聚丙烯酸纳、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、月桂酸钠、硬脂酸钠、醋酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧乙烯、丙烯酸、吐温、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十八胺、油酸钠、正硅酸乙酯、乙烯基硅烷、聚醚硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氯)丙基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、苯乙烯乙基三甲氧基硅烷、二甲基乙烯基乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的透明分散体，其特征在于：所述液相介质选用水、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、苯甲醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、正己烷、环己烷中的一种或多种。7.如上述权利要求1-6中任一所述核-壳结构双功能纳米颗粒液相透明分散体的制备方法，包括如下步骤：S1、将金属氧化物内核前驱体溶于溶剂A中形成盐溶液，然后加入碱液，调节pH值，充分混合后，加入表面改性剂A进行反应；S2、待反应液冷却至室温，离心并得到沉淀，分离沉淀，得到金属氧化物纳米颗粒，然后将其分散于液相介质中，得到具有紫外屏蔽功能的金属氧化物纳米颗粒液相分散体；S3、将掺杂氧化物外壳前驱体加入到步骤S2得到的分散体中，搅拌均匀，调节pH值，然后加入还原剂在高压釜中进行水热或溶剂热反应；S4、待反应液冷却至室温，加入表面改性剂B进行反应，将反应产物用去离子水和乙醇洗涤，然后分散于液相介质中，得到本发明双功能纳米颗粒液相透明分散体。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述金属氧化物内核前驱体选自对应金属的碳酸盐、碳酸氢盐、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淼，陈菁仪，蒲泓，
申请(专利权)人：宁波海奇合昇环能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33