CN108504271A - 一种智能节能复合膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能节能复合膜的制备方法，将热致变色浆料和钨青铜吸热浆料混合制成复合浆料，然后加入高分子成膜剂，涂覆于基材上制成智能节能复合膜，利用钨青铜的红外吸收特性提高热致变色材料的热敏性，提高热响应速度，缩短相变响应时间，同时结合热致变色材料的紫外阻隔特性，提高钨青铜的耐候性，得到一种高效率、高稳定性智能节能的复合膜，可广泛应用于建筑玻璃、汽车玻璃等，可使室内或车内在一年四季都能达到舒适的温度范围，具有良好的应用前景。

Description

一种智能节能复合膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及建筑节能技术领域，具体涉及一种智能节能复合膜的制备方法。
背景技术：
当前，随着人们对室内环境舒适度要求的提高，空调得到了越来越广泛的使用，使得空调能耗在建筑能耗中的比例越来越大，而通过玻璃门窗产生的能耗往往会占到整个外围护结构总能耗的50％以上。智能节能薄膜是应用于窗玻璃上，通过感知周围环境条件(电、光、热等)的变化，智能调节太阳光的透过、反射或吸收，在一年四季中充分利用或控制太阳光的热辐射量，来降低室内空调负荷，进而达到智能节能的目的。其中，热致变色材料由于可以感知周围温度发生相变来调节太阳光入室量，无需人为调控，不需要额外消耗能量而备受关注。然而，热致变色材料的相变温度高，热响应迟缓等缺点，大大阻碍了其实际应用。中国专利CN102120615A公开了一种热致变色二氧化钒材料的制备方法和应用，其图12可以看出升温过程相变温度高达72℃，极大的限制了其实际应用。中国专利CN102295312B、CN104030356B和CN104030355B通过掺杂W等元素可以降低二氧化钒的相变温度，但同时降低了二氧化钒的结晶性和相变潜热，抑制了其太阳光调节性能，导致其节能效率大大降低。
钨青铜(MxWO3)化合物是一种对近红外波段具有极佳吸收能力的材料，同时其薄膜在可见光波段具有较高的透过率，因此可以将其制成透明隔热薄膜应用于节能窗膜上。XianzheZeng等人(J.Mater.Chem.C,2015)研究表明钨青铜树脂复合膜的耐紫外性能差，极大影响了其使用的稳定性。
发明内容：
本发明的目的是克服热致变色材料相变温度高、热响应差的问题，同时解决钨青铜材料的紫外老化问题，提供一种智能节能复合膜的制备方法，将热致变色浆料和钨青铜吸热浆料混合制成复合浆料，然后加入高分子成膜剂，涂覆于基材上制成智能节能复合膜，利用钨青铜的红外吸收特性提高热致变色材料的热敏性，提高热响应速度，缩短相变响应时间，同时结合热致变色材料的紫外阻隔特性，提高钨青铜的耐候性，得到一种高效率、高稳定性智能节能的复合膜，可广泛应用于建筑玻璃、汽车玻璃等，可使室内或车内在一年四季都能达到舒适的温度范围，具有良好的应用前景。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种智能节能复合膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
a)将热致变色材料与溶剂、分散剂混合搅拌制成热致变色浆料；所述的热致变色材料选自VO2、掺杂VO2、Ag2HgI4、Cu2HgI4、热致液晶中的至少一种；所述掺杂VO2中的掺杂剂选自钨、钼、氟、镁、铌、钽、金、银、铬、锆、磷元素中的至少一种，掺杂剂的含量为VO2摩尔含量的0-5％；
b)将钨青铜材料与溶剂、分散剂混合搅拌，制成吸热浆料；所述钨青铜材料为MxWO3，其中，M选自NH4+，Cs+，K+，Na+或Li+中的任一种；x的取值范围为0.01～0.8；
c)将步骤a)得到的热致变色浆料和步骤b)得到的吸热浆料采用高速搅拌的方式充分混合制成复合浆料；
d)将步骤c)得到的复合浆料与高分子成膜剂搅拌混合制成具有智能节能性能的高分子成膜液；然后采用化学涂膜的方式将得到的高分子成膜液涂覆于基材上，得到具有高效率、高稳定性的智能节能复合膜。
优选地，步骤a)中所述的热致变色材料在溶剂中的质量百分浓度为0.5～30％；所述分散剂与热致变色材料的质量比为0.1～6:1。
步骤b)中，钨青铜材料在溶剂中的质量百分浓度为0.5～30％；所述分散剂与钨青铜材料的质量比为0.1～6:1。
步骤a)和b)中所述溶剂可以相同，也可以不同，所述溶剂选自水、甲醇，乙醇，异丙醇，叔丁醇，戊烷，己烷，辛烷，苯，甲苯，二甲苯，乙酸甲酯，乙酸乙酯，乙酸丙酯，乙酸丁酯，乙酸己酯，丙酮，甲基丁酮，乙二醇单甲醚，乙二醇单丁醚，丙二醇甲醚醋酸酯，乙腈，吡啶，二氯甲烷，氯苯，二氯苯，乙醚、石油醚中的至少一种。
步骤a)和b)中所述分散剂可以相同，也可以不同，所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮、六偏磷酸钠、聚乙酰亚胺、丙烯酸酯共聚物中的至少一种。
步骤c)中，热致变色浆料和吸热浆料的质量比为0.05～50:1。
步骤d)中，所述的高分子成膜剂选自聚丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、氨基树脂、聚酯树脂、有机硅树脂以及他们的水性分散液或乳液中的至少一种。
所述高分子成膜剂和步骤c)得到的复合浆料质量比为0.5～6:1。
所述的化学涂膜方式可以是旋涂、辊涂、提拉、淋涂、刮涂或者喷涂，涂覆的基材可以是玻璃或者PET、PMMA、PC、PP、PE、PVA、PVC等柔性基底。
本发明还保护得到的智能节能复合膜的应用，应用于建筑玻璃、汽车玻璃等，可使室内或车内在一年四季都能达到舒适的温度范围。
本发明的有益效果如下：
1)本发明将热致变色浆料和钨青铜吸热浆料混合制成复合浆料，然后加入高分子成膜剂，涂覆于基材上制成智能节能复合膜，利用钨青铜材料在太阳光红外波段的强吸收特性，与热致变色材料结合使用，钨青铜材料吸热升温导致热致变色材料吸热升温发生相变，来间接降低使材料发生相变的环境温度，提高热致变色材料的热敏性，提高热响应速度，缩短相变响应时间，制得的复合薄膜具有高效率的智能节能性能，可随环境温度变化快速调节太阳光红外波段的进光量。并且，钨青铜和热致变色材料在可见光区均有较高的可见光透光率，应用于窗玻璃上不影响采光，可以高效利用太阳光。另一方面，热致变色材料具有优异的紫外屏蔽性能，利用热致变色材料的紫外屏蔽作用来提高钨青铜材料的耐紫外性能，提高钨青铜的耐候性，得到高稳定性的智能节能复合膜。两者协同作用制得的复合膜具有高效率、高稳定性的智能节能性能。
2)本发明高效率、高稳定性智能节能复合膜可广泛应用于建筑玻璃、汽车玻璃等，可使室内或车内在一年四季都能达到舒适的温度范围，具有良好的应用前景。
附图说明：
图1是本发明实施例1中智能节能复合膜的高低温透过率测试图。
图2为本发明实施例1中智能节能复合膜的表面温度和红外透过率测试图。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
(1)取10g二氧化钒(VO2)粉末和1g聚乙烯吡咯烷酮，共同加入到的异丙醇溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为1％的VO2浆料；
(2)取20gK0.01WO3粉末和10g聚乙烯吡咯烷酮，共同加入到异丙醇溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为15％的K0.01WO3浆料；
(3)将VO2浆料和K0.01WO3浆料以50:1的质量比进行混合并高速搅拌，制得复合浆料；
(4)将聚氨酯树脂和复合浆料以0.5:1的质量比进行混合搅拌，制得高分子复合液；
(5)将高分子复合液采用刮涂的方式涂覆在PET基材上，即制得智能节能PET复合膜。得到的智能节能PET复合膜其高低温透过率测试图如图1所示，其表面温度和红外透过率测试图如图2所示，由图1可以看出，加入K0.01WO3后制备的智能节能PET复合膜的红外区(780nm-2500nm)透过率大大降低，说明隔热效果大幅增加，节能性能提高。从图2红外透过率曲线可以看出，加入K0.01WO3后制备的智能节能K0.01WO3PET复合膜的相变完成时间提前了3min，提高了热响应速度，缩短了相变时间。
同时，制备的复合膜耐候性大大增加，耐候100h无变化。
实施例2
(1)取15g热致液晶和10g丙烯酸酯共聚物，共同加入到一定量的乙酸丁酯溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为30％的热致液晶浆料；
(2)取10gCs0.2WO3粉末和20g聚乙烯吡咯烷酮，共同加入到一定量的乙醇溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为10％的Cs0.2WO3浆料；
(3)将热致液晶浆料和Cs0.2WO3浆料以10:1的质量比进行混合并高速搅拌，制得复合浆料；
(4)将聚丙烯酸树脂和复合浆料以6:1的质量比进行混合搅拌，制得高分子复合液；
(5)将高分子复合液采用旋涂的方式涂覆在玻璃基底上，即制得智能节能玻璃复合膜。制备的复合膜耐候性大大增加，耐候100h无变化，复合膜的相变反应时间缩短3min。
实施例3
(1)取5gAg2HgI4和15g六偏磷酸钠，共同加入到一定量的水中，经过高速搅拌配制成质量分数为8％的Ag2HgI4浆料；
(2)取3gNa0.4WO3粉末和3g六偏磷酸钠，共同加入到一定量的水中，经过高速搅拌配制成质量分数为2％的Na0.4WO3浆料；
(3)将Ag2HgI4浆料和Na0.4WO3浆料以6:1的质量比进行混合并高速搅拌，制得复合浆料；
(4)将丙烯酸树脂和复合浆料以4:1的质量比进行混合搅拌，制得高分子复合液；
(5)将高分子复合液采用喷涂的方式涂覆在PVC基材上，即制得智能节能PVC复合膜。制备的复合膜耐候性大大增加，耐候100h无变化，复合膜的相变反应时间缩短2min。
实施例4
(1)取12gCu2HgI4和18g聚乙酰亚胺，共同加入到一定量的乙醇溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为15％的Cu2HgI4浆料；
(2)取1g(NH4)0.8WO3粉末和0.1g聚乙酰亚胺，共同加入到一定量的乙醇溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为0.5％的(NH4)0.8WO3浆料；
(3)将Cu2HgI4浆料和(NH4)0.8WO3浆料以1:1的质量比进行混合并高速搅拌，制得复合浆料；
(4)将醇酸树脂和复合浆料以2:1的质量比进行混合搅拌，制得高分子复合液；
(5)将高分子复合液采用淋涂的方式涂覆在PC基材上，即制得智能节能PC复合膜。制备的复合膜耐候性大大增加，耐候100h无变化，复合膜的相变反应时间缩短3min。
实施例5
(1)取20g掺杂5％锆的VO2和6g丙烯酸酯共聚物，共同加入到一定量的石油醚溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为20％的掺锆VO2浆料；
(2)取5gLi0.05WO3粉末和15g丙烯酸酯共聚物，共同加入到一定量的石油醚溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为7％的Li0.05WO3浆料；
(3)将掺锆VO2浆料和Li0.05WO3浆料以0.05:1的质量比进行混合并高速搅拌，制得复合浆料；
(4)将聚酯树脂和复合浆料以5:1的质量比进行混合搅拌，制得高分子复合液；
(5)将高分子复合液采用提拉的方式涂覆在PP基材上，即制得智能节能PP复合膜。制备的复合膜耐候性大大增加，耐候100h无变化，复合膜的相变反应时间缩短1min。
实施例6
(1)取8g掺杂2％钼的VO2和48g六偏磷酸钠，共同加入到一定量的丙酮溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为6％的掺钼VO2浆料；
(2)取1gCs0.3WO3粉末和4g六偏磷酸钠，共同加入到一定量的水中，经过高速搅拌配制成质量分数为1％的Cs0.3WO3浆料；
(3)将掺钼VO2浆料和Cs0.3WO3浆料以0.3:1的质量比进行混合并高速搅拌，制得复合浆料；
(4)将氨基树脂和复合浆料以0.8:1的质量比进行混合搅拌，制得高分子复合液；
(5)将高分子复合液采用喷涂的方式涂覆在PE基材上，即制得智能节能PE复合膜。制备的复合膜耐候性大大增加，耐候100h无变化，复合膜的相变反应时间缩短4min。
实施例7
(1)取1g掺杂3％氟的VO2和4.5g丙烯酸酯共聚物，共同加入到一定量的甲苯溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为0.5％的掺氟VO2浆料；
(2)取25gNa0.6WO3粉末和125g丙烯酸酯共聚物，共同加入到一定量的甲苯溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为30％的Na0.6WO3浆料；
(3)将掺氟VO2浆料和Na0.6WO3浆料以30:1的质量比进行混合并高速搅拌，制得复合浆料；
(4)将聚丙烯酸树脂和复合浆料以3:1的质量比进行混合搅拌，制得高分子复合液；
(5)将高分子复合液采用刮涂的方式涂覆在PVA基材上，即制得智能节能PVA复合膜。制备的复合膜耐候性大大增加，耐候100h无变化，复合膜的相变反应时间缩短2min。
实施例8
(1)取2.5g掺杂1％钨的VO2和5g聚乙酰亚胺，共同加入到一定量的丙二醇甲醚醋酸酯溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为3％的掺钨VO2浆料；
(2)取3gK0.1WO3粉末和18g聚乙酰亚胺，共同加入到一定量的丙二醇甲醚醋酸酯溶剂中，经过高速搅拌配制成质量分数为4％的K0.1WO3浆料；
(3)将掺钨VO2浆料和K0.1WO3浆料以4:1的质量比进行混合并高速搅拌，制得复合浆料；
(4)将有机硅树脂和复合浆料以1:1的质量比进行混合搅拌，制得高分子复合液；
(5)将高分子复合液采用辊涂的方式涂覆在PMMA基材上，即制得智能节能PMMA复合膜。制备的复合膜耐候性大大增加，耐候100h无变化，复合膜的相变反应时间缩短1min。

Claims (10)

1.一种智能节能复合膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a)将热致变色材料与溶剂、分散剂混合搅拌制成热致变色浆料；所述的热致变色材料选自VO2、掺杂VO2、Ag2HgI4、Cu2HgI4、热致液晶中的至少一种；所述掺杂VO2中的掺杂剂选自钨、钼、氟、镁、铌、钽、金、银、铬、锆、磷元素中的至少一种，掺杂剂的含量为VO2摩尔含量的0-5％；
b)将钨青铜材料与溶剂、分散剂混合搅拌，制成吸热浆料；所述钨青铜材料为MxWO3，其中，M选自NH4+，Cs+，K+，Na+或Li+中的任一种；x的取值范围为0.01～0.8；
c)将步骤a)得到的热致变色浆料和步骤b)得到的吸热浆料采用高速搅拌的方式充分混合制成复合浆料；
d)将步骤c)得到的复合浆料与高分子成膜剂搅拌混合制成具有智能节能性能的高分子成膜液；然后采用化学涂膜的方式将得到的高分子成膜液涂覆于基材上，得到具有高效率、高稳定性的智能节能复合膜。
2.根据权利要求1所述的智能节能复合膜的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述的热致变色材料在溶剂中的质量百分浓度为0.5～30％；所述分散剂与热致变色材料的质量比为0.1～6:1。
3.根据权利要求1或2所述的智能节能复合膜的制备方法，其特征在于，步骤b)中，钨青铜材料在溶剂中的质量百分浓度为0.5～30％；所述分散剂与钨青铜材料的质量比为0.1～6:1。
4.根据权利要求1或2所述的智能节能复合膜的制备方法，其特征在于，步骤a)和b)中所述溶剂选自水、甲醇，乙醇，异丙醇，叔丁醇，戊烷，己烷，辛烷，苯，甲苯，二甲苯，乙酸甲酯，乙酸乙酯，乙酸丙酯，乙酸丁酯，乙酸己酯，丙酮，甲基丁酮，乙二醇单甲醚，乙二醇单丁醚，丙二醇甲醚醋酸酯，乙腈，吡啶，二氯甲烷，氯苯，二氯苯，乙醚、石油醚中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的智能节能复合膜的制备方法，其特征在于，步骤a)和b)中所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮、六偏磷酸钠、聚乙酰亚胺、丙烯酸酯共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的智能节能复合膜的制备方法，其特征在于，步骤c)中，热致变色浆料和吸热浆料的质量比为0.05～50:1。
7.根据权利要求1或2所述的智能节能复合膜的制备方法，其特征在于，步骤d)中，所述的高分子成膜剂选自聚丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、氨基树脂、聚酯树脂、有机硅树脂以及他们的水性分散液或乳液中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的智能节能复合膜的制备方法，其特征在于，所述高分子成膜剂和步骤c)得到的复合浆料质量比为0.5～6:1。
9.根据权利要求1或2所述的智能节能复合膜的制备方法，其特征在于，所述的化学涂膜方式是旋涂、辊涂、提拉、淋涂、刮涂或者喷涂，涂覆的基材是玻璃或者PET、PMMA、PC、PP、PE、PVA、PVC。
10.权利要求1所述的智能节能复合膜的应用，其特征在于，应用于建筑玻璃、汽车玻璃，使室内或车内在一年四季都能达到舒适的温度范围。
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