含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体，包括多层结构纳米复合颗粒及液相介质；所述多层结构纳米复合颗粒的里层为具有红外线阻隔功能的掺杂氧化物，中层为具有紫外线吸收功能的金属氧化物，次外层为具有降低金属氧化物催化性能的二氧化硅，最外层为有机包覆层；所述多层结构纳米复合颗粒均匀地分散在液相介质中。本发明专利技术得到的分散体同时具有紫外线吸收和红外线阻隔功能，可见光透过率≧70％，紫外线吸收率≧99％，红外线阻隔率为≧90％；且分散体具有良好的稳定性；液相分散体放置5个月无沉淀。本发明专利技术合成的原料易得，价格低廉，生产成本低。

Liquid phase dispersion containing multilayer nanocomposite particles and its preparation method

The invention discloses a liquid phase dispersion containing multi-layer structure nanocomposite particles, including multi-layer structure nanocomposite particles and liquid medium; the inner layer of the multi-layer structure nanocomposite particles is doped oxide with infrared barrier function, the middle layer is metal oxide with ultraviolet absorption function, and the secondary outer layer is dioxide with reduced catalytic performance of metal oxide. Silicon carbide, the outermost layer is an organic coating, and the multilayer structure nanocomposite particles are uniformly dispersed in liquid medium. The dispersions obtained by the invention have the functions of both ultraviolet absorption and infrared barrier, visible light transmittance (> 70%), ultraviolet absorption (> 99%) and infrared barrier (> 90%); and the dispersions have good stability; the liquid dispersions are placed for 5 months without precipitation. The raw material synthesized by the invention is easy to obtain, the price is low and the production cost is low.

【技术实现步骤摘要】
含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体及其制备方法
本专利技术属于节能和环保技术材料领域，尤其是涉及一种含有多层结构纳米复合颗粒的液相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，需要对红外线进行阻隔和紫外线进行吸收，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吸收或红外线阻隔功能，因而成为当前的研究热点。其中，紫外线吸收材料主要包括氧化锌、氧化钛等金属氧化物；红外线阻隔材料主要包括钨青铜类化合物、钼青铜类化合物、氧化铟锡(ITO)、掺杂氧化钒等。一般来说，上述无机紫外线吸收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吸收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吸收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。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吸收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，制备具有紫外线吸收作用，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。随着科学技术的不断进步，透明纳米复合材料因其具有许多独特的性能而引起广泛的关注，一方面保持了聚合物在可见光范围内的高透光性，另一方面通过结合功能性无机纳米颗粒而实现紫外线和红外线的调控阻隔作用，从而降低热量传递达到节能效果。已经报道的具有红外线阻隔功能的金属氧化物经紫外光照射后，纳米颗粒中的金属的价态会被还原，使得可见光透过率下降。且实验研究发现，紫外光照射后具有紫外线吸收功能的金属氧化物的催化性能大大提升，可加快反应RH→R.+H.(R表示烃基，R.表示氢自由基)的反应速度，破坏聚合物的结构，加速聚合物材料的老化，大大缩短透明纳米复合材料的使用寿命。然而，现有技术中缺乏既能阻隔红外线又能吸收紫外线，同时还能保证使用寿命的材料。
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含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体；该分散体同时具有紫外和红外阻隔功能，可见光透过率≧70％，紫外线吸收率≧99％，红外线阻隔率为≧90％；且分散体具有良好的稳定性；液相分散体放置5个月无沉淀。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供上述含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体的制备方法。为解决上述第一个技术问题，专利技术采用如下的技术方案：本专利技术一种含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体，包括多层结构纳米复合颗粒及液相介质；所述多层结构纳米复合颗粒的里层为具有红外线阻隔功能的掺杂氧化物，中层为具有紫外线吸收功能的金属氧化物，次外层为具有降低金属氧化物催化性能的二氧化硅，最外层为有机包覆层；所述多层结构纳米复合颗粒均匀地分散在液相介质中。本专利技术创造性的将三种具有不同功能的纳米粒子组合构成为多层结构纳米复合颗粒。其中，里层掺杂氧化物纳米颗粒具有红外线阻隔功能，中层金属氧化物具有紫外线吸收功能，次外层纳米二氧化硅可降低金属氧化物催化性能，最外层有机包覆层能够提高复合颗粒在液相介质中的分散性和稳定性。纳米复合颗粒的多层结构可以钝化金属氧化物的催化性能、避免掺杂氧化物受紫外线照射后发生还原反应、使纳米复合颗粒在液相介质中高度分散。本专利技术合成的原料易得，价格低廉，生产成本低，制备的复合颗粒同时具有紫外线和红外线阻隔功能，且其分散体具有良好的稳定性和一定的透明性。该复合颗粒可应用于有机聚合物体系，赋予材料阻隔紫外线和红外线的能力、提高材料的寿命，在建筑节能、环保、电子信息、航天航空等领域具有广泛的应用前景。作为技术方案的进一步改进，所述掺杂氧化物、金属氧化物、二氧化硅及有机包覆层的质量比为1:(0.1-0.33):(0.1-0.25):(0-0.1)，颗粒尺寸为5-100nm。优选地，所述掺杂氧化物、金属氧化物、二氧化硅及有机包覆层的质量比为1:(0.1-0.33):(0.1-0.25):(0.01-0.1)。作为技术方案的进一步改进，所述里层的掺杂氧化物包括掺杂氧化锡、掺杂氧化钒、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、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0.01-1:1；更优选地，所述掺杂元素与氧化锡中锡的摩尔比为0.1-0.5:1。优选地，所述掺杂氧化钒中的掺杂元素选自钨、镁、铝中的一种或多种，掺杂元素与氧化钒中钒的摩尔比为0.01-1:1。更优选地，所述掺杂元素与氧化钒中钒的摩尔比为0.1-0.5:1。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选自锂、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0.01-1:1；更优选地，所述掺杂元素与钨和/或钼总量的摩尔比为0.1-0.5:1。作为技术方案的进一步改进，所述中层的金属氧化物包括氧化锌、氧化钛中的一种或多种。优选地，所述氧化锌中包括掺杂氧化锌，所述掺杂元素选自铝、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0.001-1:1；更优选地，所述掺杂元素与氧化锌中锌的摩尔比为0.001-0.5:1。优选地，所述氧化钛中包括掺杂氧化钛，所述掺杂元素选自锌、钴、铁、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0.001-0.5:1；更优选地，所述掺杂元素与氧化钛中钛的摩尔比为0.001-0.3:1。作为技术方案的进一步改进，所述液相介质选用水、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。作为技术方案的进一步改进，所述有机包覆层包括辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、六癸基三甲氧基硅烷、六癸基三乙氧基硅烷、二甲基聚硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体，其特征在于：包括多层结构纳米复合颗粒及液相介质；所述多层结构纳米复合颗粒的里层为具有红外线阻隔功能的掺杂氧化物，中层为具有紫外线吸收功能的金属氧化物，次外层为具有降低金属氧化物催化性能的二氧化硅，最外层为有机包覆层；所述多层结构纳米复合颗粒均匀地分散在液相介质中。

【技术特征摘要】
1.一种含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体，其特征在于：包括多层结构纳米复合颗粒及液相介质；所述多层结构纳米复合颗粒的里层为具有红外线阻隔功能的掺杂氧化物，中层为具有紫外线吸收功能的金属氧化物，次外层为具有降低金属氧化物催化性能的二氧化硅，最外层为有机包覆层；所述多层结构纳米复合颗粒均匀地分散在液相介质中。2.根据权利要求1所述含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体，其特征在于：所述掺杂氧化物、金属氧化物、二氧化硅及有机包覆层的质量比为1:(0.1-0.33):(0.1-0.25):(0-0.1)，颗粒尺寸为5-100nm；优选地，所述掺杂氧化物、金属氧化物、二氧化硅及有机包覆层的质量比为1:(0.1-0.33):(0.1-0.25):(0.01-0.1)；优选地，所述里层的掺杂氧化物包括掺杂氧化锡、掺杂氧化钒、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、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0.01-1:1；更优选地，所述掺杂元素与氧化锡中锡的摩尔比为0.1-0.5:1；优选地，所述掺杂氧化钒中的掺杂元素选自钨、镁、铝中的一种或多种，掺杂元素与氧化钒中钒的摩尔比为0.01-1:1。更优选地，所述掺杂元素与氧化钒中钒的摩尔比为0.1-0.5:1；优选地，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选自锂、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0.01-1:1；更优选地，所述掺杂元素与钨和/或钼总量的摩尔比为0.1-0.5:1。3.根据权利要求1所述含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体，其特征在于：所述中层的金属氧化物包括氧化锌、氧化钛中的一种或多种；优选地，所述氧化锌中包括掺杂氧化锌，所述掺杂元素选自铝、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0.001-1:1；更优选地，所述掺杂元素与氧化锌中锌的摩尔比为0.001-0.5:1；优选地，所述氧化钛中包括掺杂氧化钛，所述掺杂元素选自锌、钴、铁、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0.001-0.5:1；更优选地，所述掺杂元素与氧化钛中钛的摩尔比为0.001-0.3:1。4.根据权利要求1所述含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体，其特征在于：所述液相介质选用水、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。5.根据权利要求1所述含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体，其特征在于：所述有机包覆层包括辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、六癸基三甲氧基硅烷、六癸基三乙氧基硅烷、二甲基聚硅氧烷、缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷、缩水甘油氧丙基三乙氧基硅烷、九氟己基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、胺丙基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、十二酸、硬脂酸、鞣酸、丁二酸、丙烯酸、油酸、异丙醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、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、油酸钠、聚氧乙烯、苯乙烯、吐温(聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯)、甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。6.如权利要求1-5中任一所述含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将里层掺杂氧化物的原料溶于溶剂中形成盐溶液，搅拌均匀，调节pH值，然后加入还原剂将反应液转移到高压釜中进行水热或溶剂热反应，待反应完全后冷却至室温，离心洗涤，分离沉淀，得到掺杂氧化物纳米颗粒；S2.将中层金属氧化物的原料溶于溶剂中形成盐溶液，然后加入碱液，调节pH值，充分混合后，加入S1所得到的掺杂氧化物纳米颗粒进行反应；待反应完全后冷却至室温，离心洗涤，分离沉淀，得到金属氧化物包覆掺杂氧化物纳米颗粒；S3.将含硅化合物加入到一定量的乙醇中,然后加入碱液，调节pH值，充分混合后，加入S2所得到的金属氧化物包覆掺杂氧化物纳米颗粒，搅拌均匀，进行反应；待反应完全后冷却至室温；S4.向上述混合液中加入有机包覆层进行反应，将反应产物用去洗涤，然后分散于液相介质中,得到含有多层结构纳米颗粒液相透明分散体。7.根据权利要求6所述含有多层结构纳米复合颗粒的液相分散体的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述里层掺杂氧化物的原料包括至少一种氧化物的原料及至少一种掺杂元素的原料；所述氧化物的原料选自下述物质中的一种或多种：氯化亚锡、四氯化锡、硫酸亚锡、草酸亚锡、硝酸锡、硫酸矾、硫酸氧钒、二氯氧钒、草酸氧钒、氢氧氧钒、五氧化钒、偏钒酸铵...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾晓飞，李静，王洁欣，陈建峰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11