CN106543380A - 温敏变色材料及其制备方法和单向透视温敏型玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种温敏变色材料及其制备方法和单向透视温敏型玻璃,本发明所述的温敏变色材料包括如下重量百分比的原料：温度敏感高分子：0.5‑20份，成膜单体：1‑20份，增稠剂：0‑20份，分散剂：0‑0.5份，交联剂：0.02‑0.5份。本发明的温敏变色材料温敏变色材料，只需感应外界环境中的温度可实现透明与遮蔽之间的转换，从而可无需外加能源便能够进行变色，使得其能够应用于调光玻璃而避免现有调光玻璃结构的不足。

Description

温敏变色材料及其制备方法和单向透视温敏型玻璃
技术领域
本发明涉及玻璃制品生产技术领域，特别涉及一种温敏变色材料。本发明还涉及该温敏变色材料的制备方法，以及一种应用有该温敏变色材料的单向透视温敏型玻璃。
背景技术
现有技术中，能够实现智能调光的玻璃主要有聚合物分散型液晶调光玻璃及电致变色调光玻璃。聚合物分散型液晶调光玻璃的原理是通过电流控制液晶分子的排列状态，当无电流通过时，电致液晶雾化玻璃内的液晶分子会呈现不规则的散布状态，使光线无法射入，以呈现不透明的外观。当通电有电流时，玻璃里面的液晶分子则呈现整齐排列，光线可自由穿透，从而呈现透明状态。电致变色调光玻璃的原理是在玻璃上沉积一层具有电致变色特性的材料，该材料可在外加电场的作用下发生电化学氧化还原反应，通过材料得失电子，而能够使材料的颜色发生变化。
上述两种可调光的玻璃结构，虽都能实现玻璃的变色调光，但对于聚合物分散型液晶调光玻璃，其需要外加电源，能耗较高，在断电时玻璃不透光，难以满足建筑门窗上的使用需求。而对于电致变色调光玻璃，其也需要外加电源，同样存在断电无法调光的问题，且此种玻璃还存在电化学特性不稳定、重复性低问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种温敏变色材料，以可无需外加能源而进行变色，从而能够应用于调光玻璃以避免现有调光玻璃结构的不足。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种温敏变色材料，其包括如下重量百分比的原料：
温度敏感高分子：0.5-20份，成膜单体：1-20份，增稠剂：0-20份，分散剂：0-0.5份，交联剂：0.02-0.5份。
进一步的，所述的温度敏感高分子为N_异丙基丙烯酰胺、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物、聚氧乙烯-聚氧丁烯-聚氧乙烯嵌段共聚物或聚氧乙烯-聚氧戊烯-聚氧乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
进一步的，所述的成膜单体为丙烯酰胺、聚乙烯醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基丙烯酰胺中的至少一种。
进一步的，所述的增稠剂为甘油、聚乙二醇、明胶、琼脂、甲基纤维素、海藻酸钠、卡拉胶、羟丙基甲基纤维素的至少一种。
进一步的，所述的分散剂为氯化钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甘胆酸钠中的至少一种。
进一步的，所述交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、N,N,N',N'-四甲基乙二胺、二甲基丙烯酸中的至少一种。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明的温敏变色材料采用如上配比的原料构成，使得该温敏变色材料的网络结构中形成一定比例的亲-疏水单元，当低于临界温度时，亲水单元与水分子间的氢键作用使其形成良好的亲水状态，完全溶解于水，可呈现透明外观。当温度高于临界温度时，亲水单元与水分子间的氢键作用被高温破坏，疏水作用上升成主导地位，并且发生相分离，可呈现雾化状态，因而该温敏变色材料只需感应外界环境中的温度可实现透明与遮蔽之间的转换，可无需外加能源便能够进行变色，使得其能够应用于调光玻璃而避免现有调光玻璃结构的不足。
同时，本发明还提供了上述温敏变色材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤a，称取如上所述的重量份数的原料；
步骤b，以水做为溶剂，加入称取原料，PH调节为中性，搅拌均匀而获得产品。
进一步的，还包括：
步骤c，所述产品以氧化还原固化或紫外固化的方式引发聚合而固化成膜态。
进一步的，于氧化还原固化时，向原料中加入0-1.5重量份的氧化剂，0-0.5重量份的还原剂；于紫外固化时，向原料中加入0-2重量份的水性光引发剂。
本发明的温敏变色材料的制备方法，以水为溶剂，通过均匀搅拌而可获得产品，其工艺简单，便于实施。而通过氧化还原固化或紫外固化方式，使制备获得的产品形成固体状的膜态，可便于在相关制件的布置，能够避免液态结构不易布置且易泄漏等不足。
本发明的另一目的在于提出一种单向透视温敏型玻璃，其包括玻璃主体，所述玻璃主体内形成有至少一个腔体，所述腔体内填充有如上所述的温敏变色材料，于所述玻璃主体外部的至少一个侧面上，镀有至少一层金属膜和/或化合物膜。
进一步的，所述玻璃主体包括两个相对布置的玻璃片体，以及连接于两个玻璃片体之间、并沿玻璃片体边沿布置的密封胶体，所述腔体由所述玻璃片体及密封胶体围构而成。
进一步的，所述金属膜为铬膜、镍膜、锌膜、银膜或锡膜。
进一步的，所述化合物膜为Fe2O3膜、Cr2O3膜、Al2O3膜、TiN薄膜、CuO膜或SiO2薄膜。
本发明的单向透视温敏型玻璃，通过采用温敏变色材料，可无需外加能量，而能够根据外界温度进行透明与失透间的转变，且通过金属膜或化合物膜不仅使得玻璃具有单向透过性，以可具有保护隐私的功能，且在温敏变色材料失透时，还可使玻璃呈现镜面效果，且随着温度升高，玻璃逐渐由透明转为雾化，可增强镀膜面的光反射比，使得镜面效果增强，而能够使其获得很好的应用效果。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例二所述的单向透视温敏型玻璃的结构示意图；
附图标记说明：
1-玻璃片体，2-密封胶条，3-温敏变色材料，4-镀膜层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
本实施例涉及一种温敏变色材料，其原料构成上包括温度敏感高分子、成膜单体、增稠剂、分散剂和交联剂。其中，温度敏感高分子为N_异丙基丙烯酰胺、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物、聚氧乙烯-聚氧丁烯-聚氧乙烯嵌段共聚物或聚氧乙烯-聚氧戊烯-聚氧乙烯嵌段共聚物中的至少一种；成膜单体为丙烯酰胺、聚乙烯醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基丙烯酰胺中的至少一种；增稠剂为甘油、聚乙二醇、明胶、琼脂、甲基纤维素、海藻酸钠、卡拉胶、羟丙基甲基纤维素的至少一种；分散剂为氯化钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甘胆酸钠中的至少一种，交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、N,N,N',N'-四甲基乙二胺、二甲基丙烯酸中的至少一种。
采用如上原料的本温敏变色材料在制备时，各构成组分所称取的重量份数为温度敏感高分子0.5-20份、成膜单体1-20份、增稠剂0-20份、分散剂0-0.5份、交联剂0.02-0.5份，具体制备中，称取的原料以水做为溶剂，搅拌均匀后便可获得呈液态的温敏变色材料产品。其中，作为溶剂的水以去离子水为最佳，而用以调节PH的物质则为NaOH、Na2CO3、KOH、K2CO3中的至少一种，且其重量份数为1-5份即可。
本实施例中如前述所获得的液态状的温敏变色材料，将其灌注于透明状的制件内，即可利用该温敏变色材料在不同温度下的变色特性而加以使用。而为便于本温敏变色材料的运用，以避免液态下使用时所产生的密封、泄漏等问题，除了使温敏变色材料分散在水溶剂中，本实施例可进一步的采用氧化还原固化或紫外固化的方式，引发液态的产品聚合而转变为膜态，从而可将其夹置在制件内，或是贴覆于制件表面，在不同温度下仍可通过温敏变色材料的变色而达到使用效果。但温敏变色材料以固态凝胶膜为载体而呈膜态时，其整体水含量不能低于50％，否则透明态效果不好。
在采取的固化工艺中，针对于氧化还原固化方式，本温敏变色材料的原料中应加入氧化剂及还原剂，氧化剂的重量份数为0-1.5份，还原剂的重量份数为0-0.5份，氧化剂和还原剂至少应添加有一种，也即氧化剂或还原剂重量份数中的下限应大于0。本实施例中，氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰中的至少一种，还原剂则为亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、N,N-二甲基苯酰中的至少一种。
针对于紫外固化方式，本温敏变色材料的原料中则应加入重量份数为0-2份的水性光引发剂，该水性光引发剂为2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(即：巴斯夫2959)、水性二苯甲酮、水性硫蔥酮类光引发剂中的至少一种，且水性光引发剂的下限同样应大于0。
下面以具体的实施方式来说明本温敏变色材料的制备。
(1)实施方式一、
称取0.6-1g(如0.7g)聚氧乙烯-聚氧丁烯-聚氧乙烯嵌段共聚物，5-20g(如10g)丙烯酰胺，0-0.5g(如0.1g)十二烷基硫酸钠，0.02-0.08g(如0.05g)N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，0.1-0.5g(如0.3g)巴斯夫2959加入100ml去离子水中，搅拌均匀，真空除泡后灌注于透明容器内，紫外曝光固化。
(2)实施方式二
称取6-12g(如10g)N_异丙基丙烯酰胺，0.02-0.1g(如0.05g)N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，0.02-0.06g(如0.04g)过硫酸铵，0.2-0.5g(如0.3g)十二烷基硫酸钠，0.3g二苯甲酮加入100ml去离子水中，搅拌均匀，真空除泡后灌注于透明容器内，紫外曝光固化。
(3)实施方式三
称取0.8-1g(如0.9g)聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物，0.02-0.1g(如0.05g)N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，10-30ml(12.6-37.8g，如25.2g)甘油，1-6g(如4g)海藻酸钠，0.02-0.06g(如0.04g)过硫酸铵，0.1-0.3g(0.2g)十二烷基硫酸钠，0.01-0.03g(如0.02g)N,N,N’,N’-四甲基乙二胺加入100ml去离子水中，搅拌均匀，真空除泡后灌注于容器内，于30-60℃(如45℃)热固化。
实施例二
本实施例涉及一种单向透视温敏型玻璃，其包括玻璃主体，在玻璃主体内形成有至少一个腔体，腔体内则填充有如实施例一中的温敏变色材料，在玻璃主体外部的至少一个侧面上也镀有至少一层的金属膜或化合物膜，或是金属膜和化合物膜构成的多层膜结构。玻璃主体的一种示例性结构如图1中所示，其具体上包括相对布置的两个玻璃片体1，以及连接于两个玻璃片体1之间的密封胶体2，密封胶体2沿玻璃片体1的边沿布置，以在两个玻璃片体之间围构形成前述的中空的腔体，实施例一中呈液态的温敏变色材料即灌注于该腔体内。上述的镀于玻璃主体外部一侧的金属膜或化合物膜即为位于一侧玻璃片体1外侧的镀膜层4。
本实施例中，除了将液态的温敏变色材料灌注于玻璃片体1之间的腔体内，当然也可采用实施例一中为膜态的温敏变色材料，此时温敏变色材料夹在两个玻璃片体1之间便可，从而可省去密封胶体2。而为便于本单向透视温敏型玻璃的制造，当然也可在液态的温敏变色材料灌注于腔体内后，再对其进行聚合固化，如此可减少工序，且也能够避免液态温敏变色材料泄漏的风险。
本实施例中用于玻璃片体1之间密封连接的密封胶条2可为丁基胶、TPS胶或丙烯酸胶，而镀于玻璃片体1外侧的金属膜可为黑白的铬膜、镍膜、锌膜、银膜或锡膜等，化合物膜可为红黄色的Fe2O3膜，绿色的Cr2O3膜，银色的Al2O3膜，金色的TiN薄膜，褐色的CuO膜以及无色具有保护效果的SiO2薄膜等。金属膜及化合物膜可通过化学或物理的方式沉积于玻璃片体1上。
下面将结合实施例一中温敏变色材料制备的具体实施方式来说明本单向透视温敏型玻璃的制造。
首先，在玻璃主体制造时，玻璃切割成两片所需尺寸的玻璃片体1后，应打磨、清洗、干燥，再在一片玻璃片体1上涂覆密封胶体2，以及在一个玻璃片体1的外侧镀上镀膜层4，然后将两片玻璃片体1进行热压合至腔体厚度为2-3mm，并在腔体对角线位置预留灌注孔和出气孔，灌注温敏变色材料后灌注孔和出气孔再进行密封。
针对于实施例一中实施方式一的温敏变色材料，本实施例中密封胶体2采用丁基胶，镀膜层4可用化学气相沉积法镀上一层150nm的TiN薄膜。温敏变色材料紫外固化后所获得的玻璃产品变色范围为22-38℃，并呈现为金色，在透明时的透光率为60.42％，其具有单向透过的特点，雾化后镀膜层4的镜面效果加强。
针对于实施例一中实施方式二的温敏变色材料，本实施例中密封胶体2采用TPS胶，镀膜层4为用磁控溅射法依次镀上的一层120nm厚的Ag膜以及30nm厚的SiO2保护膜。温敏变色材料紫外固化后所获得的玻璃产品变色范围为30-35℃，并呈现为银白色，在透明时的透光率为76％，其具有单向透过的特点，雾化后镀膜层4的镜面效果加强。
针对于实施例一中实施方式三的温敏变色材料，本实施例中密封胶体2采用丙烯酸胶，镀膜层4为用磁控溅射法依次镀上的一层150nm厚的Cr2O3膜以及30nm厚的SiO2保护膜。温敏变色材料紫外固化后所获得的玻璃产品变色范围为22-28℃，并呈现为绿色，在透明时的透光率为56％，其具有单向透过的特点，雾化后镀膜层4的镜面效果加强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种温敏变色材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：
温度敏感高分子：0.5-20份，成膜单体：1-20份，增稠剂：0-20份，分散剂：0-0.5份，交联剂：0.02-0.5份。
2.根据权利要求1所述的温敏变色材料，其特征在于：所述温度敏感高分子为N_异丙基丙烯酰胺、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物、聚氧乙烯-聚氧丁烯-聚氧乙烯嵌段共聚物或聚氧乙烯-聚氧戊烯-聚氧乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的温敏变色材料，其特征在于：所述成膜单体为丙烯酰胺、聚乙烯醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基丙烯酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的温敏变色材料，其特征在于：所述增稠剂为甘油、聚乙二醇、明胶、琼脂、甲基纤维素、海藻酸钠、卡拉胶、羟丙基甲基纤维素的至少一种。
5.根据权利要求1所述的温敏变色材料，其特征在于：所述分散剂为氯化钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甘胆酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的温敏变色材料，其特征在于：所述交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、N,N,N',N'-四甲基乙二胺、二甲基丙烯酸中的至少一种。
7.一种温敏变色材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤a，称取如权利要求1至6中任一项所述的重量份数原料；
步骤b，以水做为溶剂，加入称取原料，PH调节为中性，搅拌均匀而获得产品。
8.根据权利要求7所述的温敏变色材料的制备方法，其特征在于，还包括：
步骤c，所述产品以氧化还原固化或紫外固化的方式引发聚合而固化成膜态。
9.根据权利要求8所述的温敏变色材料的制备方法，其特征在于：于氧化还原固化时，向原料中加入0-1.5重量份的氧化剂，0-0.5重量份的还原剂；于紫外固化时，向原料中加入0-2重量份的水性光引发剂。
10.一种单向透视温敏型玻璃，包括玻璃主体，其特征在于：所述玻璃主体内形成有至少一个腔体，所述腔体内填充有如权利要求1至6中任一项所述的温敏变色材料，于所述玻璃主体外部的至少一个侧面上，镀有至少一层金属膜和/或化合物膜。
11.根据权利要求10所述的单向透视温敏型玻璃，其特征在于：所述玻璃主体包括两个相对布置的玻璃片体，以及连接于两个玻璃片体之间、并沿玻璃片体边沿布置的密封胶体，所述腔体由所述玻璃片体及密封胶体围构而成。
12.根据权利要求10所述的单向透视温敏型玻璃，其特征在于：所述金属膜为铬膜、镍膜、锌膜、银膜或锡膜。
13.根据权利要求10所述的单向透视温敏型玻璃，其特征在于：所述化合物膜为Fe2O3膜、Cr2O3膜、Al2O3膜、TiN薄膜、CuO膜或SiO2薄膜。
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