红外吸收节能采光有机板材及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种有机采光板。
技术背景
太阳的表面温度约为5778K(开尔文，K为温度的国际单位)，其辐射能量97％集中分布在200纳米～2000纳米的波长的范围内，其中紫外线(200～380纳米)占7％，可见光(380～760纳米)占46％，近红外(760～2500纳米)占44％，远红外(＞2000纳米)3％。
现代建筑的玻璃窗户与玻璃幕墙使用面积越来越大，如图书馆、机场、体育馆、游泳馆、工厂车间等建筑，由此也带来了能耗严重的问题。由于目前所使用的窗户玻璃很难控制穿透窗户的能量，由此而损失的能量占整个建筑空调和照明能耗的20％～35％。因此设计出一种既能透过可见光，又能吸收红外热能的采光板材，以达到节约照明用电，又能降低房间内的温度，节约空调费用，是人们所十分期待的，也是本领域技术人员的一个重要课题。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种红外吸收节能采光有机板材及其制备方法，以克服现有技术存在的缺陷。
本发明的红外吸收节能采光有机板材，由含有磷酸脂类金属络合物的聚甲基丙烯酸甲酯母粒和聚甲基丙烯酸甲酯组成，质量比例为：
聚合物母粒∶聚甲基丙烯酸甲酯＝1∶3～4；
聚甲基丙烯酸甲酯母粒中，磷酸脂类金属络合物与聚甲基丙烯酸甲酯的质量比例为：磷酸脂类金属络合物∶甲基丙烯酸甲酯＝10∶85～95；
所述磷酸脂类金属络合物的结构通式如下：
其中：
M为金属离子，M选自钒离子、镉离子、镧系离子、铜离子、钨离子或亚铁离子中的一种；
R为C1～C7的烷基；
本发明的制备方法，包括如下步骤：
(1)母粒制备：将磷酸脂类金属络合物与甲基丙烯酸甲酯单体，在引发剂的存在下，60℃～70℃预聚0.5～2小时，然后将产物在60℃～90℃加热77～81小时，聚合得到含金属离子的聚甲基丙烯酸甲酯聚合物母粒；
所述引发剂选自过氧化苯甲酰(BPO)或偶氨二异丁腈(AIBN)，其用量为甲基丙烯酸甲酯单体的0.15～0.3％。
磷酸脂类金属络合物与甲基丙烯酸甲酯单体的质量比例为：
磷酸脂类金属络合物∶甲基丙烯酸甲酯单体＝10∶90；
(2)将步骤(1)的聚合物母粒与聚甲基丙烯酸甲酯共混，熔融，挤出，挤出成型，获得所述的红外吸收节能采光有机板材，熔融温度为180～240℃；
所述磷酸脂类金属络合物的制备方法为一种现有技术，以二价铁离子为例子，制备方法如下：
其中：n为0、1、2的整数，分别表示磷酸三酯、双酯或单酯；
R为C1～C7的烷基；
催化剂为磷酸盐载体负载的钒催化剂。
按照GB 2410-1980《透明塑料透光率和雾度试验方法》中规定的方法进行检测，可见光透过率在90％左右，红外光透过率30％以下，红外光吸收率70％以上。
本发明的原理是这样的：
所采用的金属离子对太阳光的近红外区光波能较好的吸收，而对可见光几乎不吸收。将该类离子的络合物通过原位聚合或其它方法添加到有机玻璃中，则该有机玻璃将具有对可见光有较好的透过滤，对近红外光则能吸收，从而得到采光效果、隔热效果都好的吸热节能玻璃。
通过副族金属离子的合理搭配配体，能够将吸收光谱控制在近红外光线范围内，而对可见光的吸收很少。
众所周知，金属离子中的电子，通过能量跃迁，能够吸收一定波长的光线，而其吸收的波长长度符合以下公式中的关系。
ΔE＝E1-E0＝hv＝hc/λ(近红外波长在λ在0.8×10-6m到2×10-6m)
其中h＝6.63×10-34J×S-1；C＝3×108m×s-1
通过计算可得，其能差在ΔE在0.99×10-19J到2.48×10-19J之间的能量跃迁，对应吸收的光波的波长正好为近红外光波长。副族金属离子，其d-d轨道的能量跃迁之差刚好有在该范围之内，所以一些副族金属离子具有吸收近红外线，其能级会受金属离子，离子价态、的配体不同、配位方式不同而有差异，因此金属离子和不同的配体形成的配位体其吸光性的波长会有所不同。
本发明通过将所述金属离子制备成热稳定性较好的磷酸脂类金属络合物。该复合物，具有较好的耐热性能，其分解温度在240℃以上。同时多种金属离子共同作用，对800～2000nm波长范围的红外光吸收率在70％以上。从而将太阳光中大部分热量吸收掉，达到节能的效果。
【附图说明】
图1为红外吸收节能采光有机板材透光率图谱
【具体实施方式】
实施例1
(1)磷酸脂类铜络合物的制备：
将50g乙酸铜与100g磷酸二酯在90℃温度下加热搅拌3小时，反应制的磷酸脂铜盐络合物，结构通式如下：
R为甲基；
(2)将100g磷酸脂铜盐络合物，加入到900g甲基丙烯酸甲酯单体中，70℃维持搅拌1小时，再加入2g过氧化苯甲酰作为引发剂，将温度升至90℃聚合8小时，将产物注模，将模具放入烘箱，在90℃内烘干4小时，使其聚合，得到含金属离子的PMMA聚合物母粒。
最后将5Kg母粒与20KgPMMA共混，200℃温度下熔融挤出成型，获得采光板材。采用GB 2410-1980规定的方法，进行检测，可见光透过率在90％左右，红外光透过率30％以下，对800-2000nm波长范围的红外光吸收率为70％以上，其分解温度在240℃以上。红外吸收节能采光有机板材透光率图谱见图1。
实施例2
(1)磷酸脂铜盐络合物的制备：
将50g六氯化钨与过量的磷酸二酯在70温度下不断搅拌，至六氯化钨完全溶解后过滤，将滤液提纯后得到碳原子数为8地磷酸酯钨的络合物。
(2)将100g磷酸酯钨的络合物，加入到900g甲基丙烯酸甲酯单体中，60℃维持搅拌1小时，再加入2g偶氮二异丁氰为引发剂，然后60℃恒温12小时，将产物注模，将模具放入烘箱，在120℃内烘干2小时，使其聚合，得到颜色为淡蓝色的含钨离子的PMMA聚合物母粒。
最后将5Kg母粒与20Kg PMMA共混，200℃温度下熔融挤出成型，获得采光板材。采用GB 2410-1980规定的方法，进行检测，可见光透过率在90％左右，红外光透过率30％以下，对800-2000nm波长范围的红外光吸收率为70％以上，其分解温度在240℃以上。