[发明专利]一种太阳热反射有机‑无机核壳颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳热反射有机-无机核壳杂化颗粒的制备方法，尤其涉及到核壳结构颗粒的制备工艺。

背景技术

太阳光能量分布包括5％紫外光、46％可见光以及49％近红外光，在炎热的季节，由于太阳光辐射的作用，造成大多数城市能源负荷过大，进而造成大范围的能源危机(P.Jeevanandam,R.S.Mulukutla,M.Phillips et.al,J.Phys.Chem.C,2007,111,1912-1918)。有研究者指出，要想缓解太阳热辐射所带来的这种能源危机，就需要开发一款具备太阳热反射能力的材料，通过反射太阳热能来起到隔热保温的目的。

二氧化钛是迄今为止发现的折射率最高的材料之一(折射率>2.5)，其高折射率特性赋予其突出的太阳热反射能力(Y.Mastai,Y.Diamant,S.T.Aruna et al.Langmuir,2001,17,7118-7123.)。然而，二氧化钛是一种高能耗的产品，且其在生产以及使用过程中会造成严重的环境污染。需要指出的是，二氧化钛在作为热反射材料使用的过程中，发挥作用的仅仅是二氧化钛颗粒表层的那部分。因此，为了降低二氧化钛在生产与使用过程中所带来的负面影响，可以将二氧化钛做成有机-无机杂化的核壳结构，在有机的内核上包裹一层二氧化钛壳层，这样就可以在保留二氧化钛太阳热反射功能的同时，又能够进一步降低二氧化钛生产与使用过程所带来的负面影响。

发明内容

本发明制备了一种有机-无机核壳杂化颗粒，这种核壳颗粒具有极好的太阳热反射功能，可以作为反射隔热材料的添加剂使用。

本发明的技术方案为：以苯乙烯为原料，通过无皂乳液聚合制备了阴离子聚苯乙烯颗粒，然后用钛酸四烷基酯对苯乙烯内核颗粒进行包覆处理，最终得到具备太阳热反射功能的有机-无机核壳杂化颗粒。

本发明涉及的具备太阳热反射功能的有机-无机核壳杂化颗粒的制备方法，其具体步骤如下：

(A)聚苯乙烯微球的制备

在反应器内加入一定量的水，升温至60-90℃后，滴加苯乙烯、丙烯酸类单体与引发剂，滴加结束后温度恒定在60-90℃保温4-12h，之后离心分离、洗涤、干燥后得到聚苯乙烯微球，其中苯乙烯与水的质量比为1:15-1:30，苯乙烯与丙烯酸类单体的质量比为5：1-15:1,引发剂占体系总质量的0.1-1wt.％。

(B)有机-无机核壳杂化颗粒的制备

将聚苯乙烯微球通过超声分散于溶剂(C数1-4的小分子醇)当中，配置成0.5-5wt.％的悬浮液，之后加入0.1M的Lutensol ON50(BASF)表面活性剂水溶液，最后缓慢加入钛酸四烷基酯，钛酸四烷基酯占总质量的比例为0.5-5wt.％，将混合液在室温下反应4-12h，将产物离心分离、洗涤、并在200-300℃下干燥处理，得到聚苯乙烯微球得到有机-无机核壳杂化颗粒。其中，表面活性剂水溶液与溶剂的质量比为1:100-1:200。表面活性剂水溶液是为了使二氧化钛在聚苯乙烯微球上面均匀成核，丙烯酸类单体是为了使聚苯乙烯微球表面带负电，这有助于吸引正电荷的Ti离子，从而实现包覆。

本发明可进一步具体为：

上述步骤中所使用丙烯酸类单体为丙烯酸或甲基丙烯酸。

所使用的引发剂为偶氮二异丁氰或偶氮二异丁基脒盐酸盐。

所使用的钛酸四烷基酯为钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯以及钛酸四丁酯中的任一种时效果较佳。

所使用的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇以及正丁醇中的任一种时效果较佳。

优选丙烯酸作为丙烯酸类单体来制备聚苯乙烯微球。

优选乙醇作为溶剂来制备有机-无机核壳杂化颗粒，优选钛酸四异丙酯作为二氧化钛颗粒前躯体。

本发明制得的有机-无机核壳杂化颗粒的XRD谱图、粒度分布曲线、太阳热反射谱图以及SEM图片按常规方法测定。

本发明以苯乙烯为原料，通过无皂乳液聚合制备了聚苯乙烯颗粒，然后用钛酸四烷基酯对聚苯乙烯微球进行包覆改性，得到有机-无机核壳杂化颗粒。这种核壳杂化颗粒对太阳能量有很高的反射能力，且制备方法原料易得，制备步骤简便，因此具有较强的应用与工业化前景。同时，本发明制备得到的具备太阳热反射功能的有机-无机核壳杂化颗粒，其杂化颗粒总太阳热反射率超过85％，因此该杂化颗粒作为热反射隔热保温添加剂具有很高的应用前景。

附图说明

图1为太阳热反射有机-无机核壳杂化颗粒的粒度分布曲线；

图2为太阳热反射有机-无机核壳颗粒的XRD谱图；