CN104086928B - 一种智能调光玻璃用的组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能材料，尤其涉及一种新型智能调光玻璃用的组合物。鉴于目前现有技术中的智能调光玻璃存在遮阳效果不够理想、响应速度慢等技术缺陷，本发明提供了一种新型智能调光玻璃用的组合物，其组分包含：温敏性聚合物、粘度调节剂、红外吸收功能粒子、大分子溶剂和添加剂。本发明的新型智能调光玻璃用的组合物具有自动调光的作用，达到冬暖夏凉的效果，且遮阳效果好，而且制备工艺简单，是一种新颖、有效的节能降耗玻璃产品材料，具有非常广泛的应用前景。

Description

一种智能调光玻璃用的组合物

技术领域

本发明涉及一种节能材料，涉及一种智能调光玻璃用的组合物。

背景技术

在能源供应日趋严峻的背景下，节能降耗已成为人类可持续发展的战略问题。建筑能耗约占全社会总能耗的30％以上，其中采暖和空调占20％以上。在建筑四大围护部件中，通过门窗散失的热量约占整个建筑采暖和空调耗能的50％以上。西方发达国家自20世纪60年代起开展节能窗的研究工作，如热反射玻璃，Low-E玻璃等。近年来，随着技术的不断进步，一批新型智能玻璃相继问世，包括光致变色玻璃、温致变色玻璃、电致变色玻璃、电泳玻璃等。

温敏型智能玻璃随环境温度呈现由透明到不透明的相互转化，当温度低于响应温度时，温敏型智能玻璃具有良好的透光性；当温度高于响应温度时，该材料的透光性将大幅下降，直至变得完全不透明。温敏型智能玻璃可作为智能型温控材料广泛用于智能建筑和节能环保建筑中。在温度低的季节里，温敏型智能玻璃能最大限度的让太阳光透过智能玻璃进入到建筑物内；当环境温度高于人们感到舒适的温度时，智能玻璃就会快速的由透明转为不透明，智能的屏蔽太阳光，从而对建筑物内部温度进行有效调节，但并不影响建筑物内部的采光，起到智能调温的作用，可显著降低建筑物采暖和制冷的能耗，因此可广泛用于高级大厦、住宅、机场、码头、过街天桥、阳光房等窗户和屋顶。

目前，有关采用温敏性聚合物材料的温敏型智能玻璃的报道，均采用N-异丙基丙烯酰胺的均聚物或与其它单体的共聚物作为温敏性材料制备，如一种报道是将温敏性高分子聚N-异丙基丙烯酰胺水溶液灌注于玻璃夹层制得温敏型玻璃，在温度高于响应温度时，温敏性聚合物分子析出，溶液变浑浊，从而达到玻璃由透光到不透光的转变。但是，该玻璃如果长时间处于高于响应温度的状况下，温敏性聚合物分子会沉淀出来，并难以恢复原状，使智能调光玻璃不具有重复使用功能。另有报道的温敏型玻璃是将聚N-异丙基丙烯酰胺制成互穿网络结构，并将其置于玻璃间构成，然而聚N-异丙基丙烯酰胺胶体在长时间高于响应温度状况下会发生收缩，并将吸收的水分排挤出来，使得这种智能调光玻璃的耐候性不能满足实用要求。中国专利申请201110101849.4、201110311787.X、201110397060.8也分别公开了采用聚N-异丙基丙烯酰胺及其共聚物制备智能调光玻璃的方法。以上报道的智能调光玻璃都是只单纯的采用温敏性聚合物作为智能响应材料，只单一的对环境温度的高低变化产生响应，当环境温度低于温敏材料的响应温度，但阳光灼热感很强的状况下不能产生遮阳效果；当环境温度高于温敏材料的响应温度，且环境温度与温敏材料的响应温度差别较小时，遮阳效果不够理想，响应速度慢，不能有效达到智能调光的作用。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种即可以对环境温度变化进行透光率调节，又同时可以基于对太阳光辐照强度产生响应的新型温敏型智能玻璃，具体技术方案：一种智能调光玻璃用的组合物，其中包含：1～10重量份的温敏性聚合物、0.5～5重量份的粘度调节剂、0.1～1.0重量份的红外吸收功能粒子、2～10重量份的大分子溶剂、0.1～1.0重量份的添加剂。

所述的温敏性聚合物为含有疏水基团的水溶性聚乙烯醇，尤其是指聚乙烯醇缩醛。聚乙烯醇水溶性极佳，是一种用途非常广泛的水性聚合物材料，常用来制备织物处理剂、乳化剂、纸张涂层、粘合剂等。在已报道的智能调光玻璃的配方中，通常是将它的交联产物与其它温敏性聚合物共溶制备互穿聚合物网络，用于防止温敏性聚合物在温度响应过程中发生的体积收缩。在研究中，发明人意外的发现，通过将疏水性基团引入到聚乙烯醇分子链上来改变聚乙烯醇的水溶性质，使其成为具有在特定温度下产生响应的温敏性聚合物。作为本发明的一个优选实施例，所述的聚乙烯醇缩醛是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯醇缩甲丁醛(PVF)、聚乙烯醇缩乙醛(PVA)、聚乙烯醇缩甲乙醛(PVFA)、聚乙烯醇缩乙苯甲醛、聚乙烯醇缩乙丁醛中的一种或多种。

通过与不同小分子醛的缩合或共缩合反应，制备出具有不同响应温度的温敏性聚乙烯醇缩醛。本发明对发明人的难点之一是：由于聚乙烯醇缩醛的分子量、醛基含量及羟基含量对其响应温度、遮阳效果、稳定性都有显著的影响。因此本发明选择更优的聚乙烯醇缩醛适用于本发明。作为本发明的优选实施例，本发明智能调光玻璃中所述的聚乙烯醇缩醛的分子量为50,000～150，000，醛基含量10～50％，羟基含量40～80％；更优选地，聚乙烯醇缩醛分子量为50,000～100，000，醛基含量20～40％，羟基含量40～60％。在低于响应温度时，含疏水性基团的聚乙烯醇缩醛聚合物以分子水平溶解于水中形成各向同性水溶液，呈无色透明状态；而高温下水溶性高分子将发生微观层面的体积收缩,形成分子链的微聚集和堆砌，其堆砌密度的差异导致折光率变化使光产生散射,材料转变成白浊遮阳状态。

所述的粘度调节剂为吸水性树脂，吸水性树脂是普遍的；但是适用于本发明智能调光玻璃的吸水性树脂是选择性的。主要考虑到吸水性树脂与智能调光玻璃中其他组分的适配。优选地，本发明的吸水性树脂尤指淀粉接枝丙烯酸盐类、聚丙烯酰胺、交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物、丙烯酸交联树脂中的一种或多种的混合物。粘度调节剂是一种在水中只溶胀不溶解的亲水性交联树脂，它吸水膨胀后，形成具有一定强度的立体空间架构，一方面可以增加水溶液的粘稠度，防止灌封后的智能玻璃在使用中由于重力作用产生的“鼓肚”现象；另一方面，当水溶液中的温敏性聚合物发生温度响应而产生体积收缩时，有利于维持整个体系的尺寸稳定性，可以防止智能玻璃的缩边、变色不均匀、开裂等不良现象的发生，使整个体系具有很高的环境工作范围，其有效工作范围在-20～80℃，在户外使用条件下10～20年不变质。

发明人在研究中意外的发现，采用通过在温敏聚合物水溶液体系中引入对太阳光辐照强度产生响应的功能性物质(0.1～1.0重量份的红外吸收功能粒子)，可以产生快速响应，实现智能调光作用。其工作原理可能是：红外吸收功能粒子可以将光能转化为热能,从而使温敏聚合物材料温度升高，当材料内部温度达到温敏性材料的响应温度时，可以产生快速响应，实现智能调光。

具体而言：本发明的智能调光玻璃，当辐照强度低于600W/m²，环境温度低于温敏性聚合物水溶液的响应温度时，玻璃具有优异的透光性，在波长范围为380～780nm的透光率大于80％；而当辐照强度大于600W/m²，环境温度高于温敏性聚合物水溶液的响应温度时，玻璃呈现不透明状态，在波长范围为380～780nm的透光率小于10％；并且遮阳系数可达0.40以下。所述的响应温度是指温敏型智能调光玻璃的透光度开始小于70％的特定温度。本发明的智能调光玻璃的响应温度在15～60℃。

但是红外吸收功能粒子的选取是本发明最大的难点。发明人的研究中很意外的发现，所述的红外吸收功能粒子为含有铯钨青铜、二氧化钒、氧化锡铟的一种或者多种时，才能与智能调光玻璃中的其他组分适配，才能产生快速响应智能调光的目的。本发明上述红外吸收功能粒子粒径为20～500nm的纳米粒子。该粒子具有红外吸收特性，即通过吸收太阳光中的红外线，使其自身温度升高。所述的大分子溶剂为聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯醚的一种或者多种的组合物，其中优选分子量为200～600的聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯醚一种或者多种的组合物。大分子溶剂有：1)可显著改变水溶液的响应温度；2)可提高水溶液的耐高温性能；3)可提高水溶液的耐低温性能的作用。

所述的塑料薄膜袋选自聚酯(PET)、共聚酯(PETG)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、尼龙(PA)、聚碳酸酯(PC)中的一种或多种，厚度为0.05～0.25mm。采用塑料薄膜封装置于薄膜塑料袋中温敏聚合物水溶液的厚度为0.5～5.0mm之间。将温敏聚合物水溶液灌封于上述塑料薄膜中有以下作用：1)可防止直接灌封于两片玻璃中密封胶失效产生的泄露；2)制作方便，不需将水溶液灌注于只有狭窄入口的两片玻璃中间带来的施工难度及产生气泡、不均匀等质量问题；3)可以阻挡部分紫外线对水溶液造成的损害，提高耐候性能。

本发明的智能调光玻璃的水溶液体系中还可以加入光稳定剂和/或抗氧化剂。光稳定剂包括紫外吸收剂、猝灭剂或自由基扑捉剂。光稳定剂或抗氧化剂在现有技术中常见的各种水溶性添加剂中选取。例如：紫外吸收剂包括二苯甲酮类、苯并三氮唑类、苯甲酸苯酯类、水杨酸酯类或三嗪类，猝灭剂选自有机镍络合物，自由基扑捉剂选自哌啶类。

本发明的智能调光玻璃用的组合物的制备方法是将上述各组分按配比称取后放入混合机中搅拌均质化；形成总质量浓度为5～25％的溶液经真空脱泡，获得新型智能调光玻璃的组合物。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的智能调光玻璃的组合物，可以将光能转化为热能,使温敏聚合物材料温度升高，当材料内部温度达到温敏性材料的响应温度时，可以产生快速响应，实现智能调光。具体而言，当辐照强度低于600W/m²，环境温度低于水溶液的响应温度时，玻璃具有优异的透光性，在波长范围为380～780nm的光透率大于80％；而当辐照强度大于600W/m²，环境温度高于水溶液的响应温度时，玻璃呈现不透明状态，在波长范围为380～780nm的透光率小于10％；并且遮阳系数可达0.40以下。

(2)本发明的智能调光玻璃的组合物可以同时对环境温度和太阳辐照强度两种变化因素自主产生应激行为，不需要人为给予信号(如通电)达到响应的目的，因此是一种真正意义上的智能产品；

(3)本发明的智能调光玻璃的组合物由于可以通过透光和不透光的可逆转变调节太阳热量的穿透量，实现冬暖夏凉的效果；

(4)本发明的智能调光玻璃的组合物由于可以吸收和反射红外线及阻隔紫外线和可见光，可显著改善环境温度，营造舒适的工作和生活空间；

(5)本发明的智能调光玻璃的组合物采用的温敏性聚合物是一种无毒、性质稳定、环境友好的高分子材料，同时具有原料成本低，加工制备方法简单、使用寿命长的特点。

具体实施方式

以下内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，除了具体实施例中所涉及的温敏性水溶液体系外，还可以对其中所用的水溶液体系进行功能上相同或相近的推演或替换，或根据不同的目的改变组分间的比例关系，都应当视为属于本发明的保护范围。下述实施例所使用的“份”是指重量份，百分数是指重量百分数。本发明实施例调光玻璃结构均以调光复合玻璃为准。

实施例1、一种智能调光玻璃用的组合物

本发明新型智能调光玻璃用的组合物的组分如下：

制备工艺如下:(1)将上述各组分按配比称取后放入混合机中搅拌均质化；

(2)形成总质量浓度为5～25％的溶液经真空脱泡得出均匀透明的用的组合物。将上述组合物密封于薄膜塑料袋中，再置于两片玻璃中；用丁腈橡胶和有机硅树脂进行二道封边，即可制得新型智能调光玻璃。

本实施例1智能调光玻璃的结构与光学参数如下表所示：

实施例2、一种智能调光玻璃用的组合物

本发明智能调光玻璃用的组合物的组分如下：

制备方法如实施例1.

本实施例2的智能调光玻璃的结构与光学参数如下表所示：

实施例3、一种智能调光玻璃用的组合物

本发明智能调光玻璃用的组合物的组分如下：

制备方法如实施例1.

本实施例3的智能调光玻璃的结构与光学参数如下表所示：

实施例4、一种智能调光玻璃用的组合物

本发明智能调光玻璃用的组合物的组分如下：

制备方法如实施例1.

本实施例4的智能调光玻璃的结构与光学参数如下表所示：

实施例5、一种智能调光玻璃用的组合物

本发明智能调光玻璃用的组合物的组分如下：

制备方法如实施例1.

本实施例5的智能调光玻璃的结构与光学参数如下表所示：

实施例6、一种智能调光玻璃用的组合物

本发明智能调光玻璃用的组合物的组分如下：

制备方法如实施例1.

本实施例6的智能调光玻璃的结构与光学参数如下表所示：

对比例一、一种智能调光玻璃用的组合物(不含铯钨青铜纳米粒子)本对比例一智能调光玻璃用的组合物的组分如下：

制备方法如实施例1.

本对比例一的调光玻璃的结构与光学参数如下表所示：

由上述不同实施例的温敏性聚合物水溶液的配方可以得出：本发明的新型智能调光玻璃用的组合物可以通过透光和不透光的可逆转变调节太阳热量的穿透量，实现冬暖夏凉的效果，同时可以吸收和反射红外线及阻隔紫外线和可见光，可显著改善环境温度；原料成本低，加工制备方法简单，可广泛应用于建筑和交通工具的窗户和屋顶中。

Claims (4)

1.一种智能调光玻璃用的组合物，其特征在于，它由以下组分组成：1～10重量份的温敏性聚合物、0.5～5重量份的粘度调节剂、0.1～1.0重量份的红外吸收功能粒子、2～10重量份的大分子溶剂、0.1～1.0重量份的添加剂；所述的温敏性聚合物为聚乙烯醇缩醛，所述的聚乙烯醇缩醛是聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩乙醛或聚乙烯醇缩甲乙醛、聚乙烯醇缩苯甲醛、聚乙烯醇缩乙丁醛中的一种或多种，所述的聚乙烯醇缩醛的分子量为50,000～100,000，醛基含量20～40％，羟基含量40～60％；所述大分子溶剂为聚乙二醇和聚丙二醇中的一种或者两种的组合物，所述聚乙二醇和聚丙二醇的分子量均为200～600；所述粘度调节剂为淀粉接枝丙烯酸盐类、聚丙烯酰胺、交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物、丙烯酸交联树脂中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的智能调光玻璃用的组合物，其特征在于，所述的红外吸收功能粒子为铯钨青铜、二氧化钒、氧化锡铟中的一种或者两种的组合物，且红外吸收功能粒子的粒径为20～500nm。

3.根据权利要求1所述的智能调光玻璃用的组合物，其特征在于，所述的添加剂为紫外吸收剂、猝灭剂或自由基扑捉剂，紫外吸收剂选自二苯甲酮类、苯并三氮唑类、苯甲酸苯酯类、水杨酸酯类或三嗪类中的一种或多种，猝灭剂选自有机镍络合物，自由基扑捉剂选自哌啶类。

4.根据权利要求1-3任一所述的智能调光玻璃的组合物的制备方法，其特征在于，步骤如下：

(1)将各组分按配比称取后放入混合机中搅拌均质化；

(2)形成总质量浓度为5～25％的溶液经真空脱泡得出均匀透明的智能调光玻璃的组合物。