CN110820344B - 热致变色透明膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种热致变色透明膜及其制备方法和应用。所述热致变色透明膜包括主体部和用于包覆所述主体部的封装层；所述主体部包括聚合物纳米纤维膜和负载于所述聚合物纳米纤维膜表面的热致变色材料层，所述封装层的材质为环氧树脂层。本发明提供的制备方法为首先制备聚合物纳米纤维膜，然后将热致变色材料溶于溶剂中形成热致变色混合溶液，再将所述热致变色混合溶液以预定图案负载于所述纳米纤维膜表面；最后将负载有图案化热致变色材料层的纳米纤维膜浸渍入环氧树脂溶液中，充分浸润并取出固化后，制备得到图案化热致变色透明膜。本发明制备的热致变色透明膜在柔性器件、智能响应、航天航空等领域具有巨大的应用价值。

Description

热致变色透明膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于薄膜制备技术领域，具体是涉及一种热致变色透明膜及其制备方法和应用。
背景技术
热致变色材料是一类当温度达到某一特定的范围时，材料的可见吸收光谱发生变化导致颜色发生改变，而当温度恢复到初始温度后，材料颜色也会随之恢复的智能型材料。热致变色现象是由于变色材料的光谱性质发生可逆性变化产生的，因此热致变色材料是一种热记忆功能材料，广泛应用于防伪、数字显示、智能图案显示、航天航空等领域。
目前，随着柔性器件的飞速发展，柔性变色器件已成为当前的研究热点,并在军事伪装、航天航空、可视化传感等领域具有巨大的应用潜力，并且正在朝着智能化以及可穿戴的方向发展。因此，更多的研究者将柔性器件与热致变色材料结合起来，对柔性热致变色薄膜展开了研究，而且对柔性热致变色薄膜的要求也越来越往轻量化的方向发展。与传统的热致变色功能薄膜相比，柔性热致变色薄膜除了具备优良的透光性和热致变色功能特性之外，还具备柔性、轻质、廉价且能大规模工业生产等优势。
但是柔性热致变色薄膜的稳定性能容易受到外界环境如空气中水分、氧气、酸碱度等因素的影响，导致其被氧化致使变色过程逐渐失效。因此亟需研究并且选用光学常数匹配且具有自疏水性材料作为保护层包覆材料，对热致变色薄膜的界面进行包覆，可以提高薄膜热致变色效果，同时实现热致变色薄膜使用寿命的大幅提升。
另外，基于实际使用的需要，柔性热致变色薄膜对柔性基层透明度的要求较高，但是目前常用的高分子聚合物原料所制备的柔性基层的透明度参差不齐，能制备出高透明度薄膜的聚合物种类受限，从而在一定程度上限制了聚合物原料在柔性热致变色薄膜中的应用。
申请号为CN201610179028.5的发明专利公开了一种透明柔性热致变色膜，通过在透明基材上添加导电涂层，并使用透明绝缘保护层对导电涂层进行保护，再配合使用热致变色凝胶层，制备得到透明柔性热致变色膜。但是该方法制备的薄膜为层层堆叠结构，在反复弯曲及受力作用下，层与层之间易于发生剥离，导致材料的破坏。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种热致变色透明膜及其制备方法和应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种热致变色透明膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、利用静电纺丝法或熔融共混相分离法制备聚合物纳米纤维膜；
S2、热致变色材料的负载：将预定量的热致变色材料溶于溶剂中制备热致变色混合溶液，再将所述热致变色混合溶液涂覆、喷涂或模板印刷于所述聚合物纳米纤维膜的表面；
S3、环氧树脂包覆及固化：将步骤S2制备得到的所述表面负载有热致变色材料的纳米纤维膜浸渍于含有固化剂的环氧树脂溶液中，充分浸润并取出固化，制备得到热致变色透明膜。
优选的，在所述热致变色透明膜中，所述纳米纤维膜与所述环氧树脂的质量比为30～70％：30～70％。
优选的，所述纳米纤维膜的折射率与所述环氧树脂的折射率之差小于等于0.1。
优选的，在步骤S2中，所述热致变色混合溶液以预设图案形成于所述聚合物纳米纤维膜的表面；所述预设图案包括但不限于为规则形状或者不规则形状。
优选的，在步骤S1中，所述纳米纤维膜的制备方法为静电纺丝法、熔融共混相纺丝法中的一种；所述纳米纤维膜中纳米纤维的直径为50-500nm。
优选的，在步骤S2中，所述溶剂为挥发性有机溶剂。
优选的，在步骤S2中，所述溶剂为水和挥发性有机溶剂的混合溶液。
优选的，所述挥发性有机溶剂包含但不限于乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、石油醚中的一种或几种混合。
优选的，在步骤S2中，所述热致变色材料为低温可逆热致变色材料；所述热致变色材料包括无机热致变色材料和有机热致变色材料。
优选的，所述无机热致变色材料包含但不限于金属、金属卤化物、金属氧化物、过渡金属配合物中的一种。
优选的，所述有机热致变色材料包含但不限于螺吡喃类、荧烷类、吲哚啉苯酞类、三芳甲烷苯酞类、螺环类中的一种。
优选的，在步骤S3中，所述固化过程中，固化温度为70～90℃。
优选的，所述固化剂为聚醚胺。
优选的，在步骤S1中，所述聚合物纳米纤维膜的材质包含但不限于为聚酯、聚烯烃、聚酰胺、接枝共聚物中的一种或多种混合。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种热致变色透明膜。所述热致变色透明膜为上述热致变色透明膜的制备方法制备得到，包括主体部和用于包覆所述主体部的封装层；所述主体部包括聚合物纳米纤维膜和负载于所述聚合物纳米纤维膜表面的热致变色材料层，所述封装层的材质为环氧树脂层；所述聚合物纳米纤维膜与所述环氧树脂的质量比为30～70％：30～70％。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了所述热致变色透明膜在柔性器件、智能响应、智能玻璃及航天航空领域的应用。
本发明提供的热致变色透明膜的制备方法，机理在于：
一、本发明采用浸渍法制备聚合物纳米纤维膜/环氧树脂复合膜，使得环氧树脂溶液能够扩散到膜内并完全覆盖纳米纤维，用以提高聚合物纳米纤维膜/环氧树脂复合膜的透明度，反应机理如下：
1)由于聚合物纳米纤维表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子，极易与外来原子吸附键结合，在环氧树脂包覆过程中，导致其与环氧树脂氢键结合，纳米纤维表面张力变大，使得环氧树脂与纳米纤维之间存在较强的相互作用。而且由于纳米纤维纳米尺度上的量子轨道效应，使得环氧树脂粒子很容易扩散入纳米纤维内部，并将纳米纤维内部空隙填满，包覆完全。而且，复合膜的环氧树脂包覆层表面平整，与纳米纤维膜相比表面粗糙度大大降低，可以减小其表面的散射，用以增大复合膜透明度。
2)共混物多相材料的透明性还与两相之间折光指数的差异有关，折光指数相近有利于减少两相界面之间的散射，提高透光率。在没有环氧树脂填充包覆的情况下，纳米纤维之间的空隙被空气填充，入射光不仅在空气/纤维界面多次反射和折射，而且被纤维吸收，使得纳米纤维在视觉上呈现白色，透光率较低。而当纳米纤维膜被环氧树脂包覆后，空隙被环氧树脂填充，空气/纳米纤维界面被环氧树脂/纳米纤维界面取代。环氧树脂/纳米纤维界面结构紧凑，折射率相近，有效减少了光散射和反射率引起的损耗，因此，聚合物纳米纤维膜/环氧树脂复合膜的透明性相比于纯纳米纤维膜得到了显著的提高，经环氧树脂包覆并固化后的纳米纤维膜呈现出透明色，具备稳定且较高的透光率。
3)当分散相尺寸小于可见光波长时,光不发生折射和反射，所以不会影响高聚物的透明性。纳米纤维的平均直径小于可见光波长，由此产生的小尺寸效应能够有效降低光散射，提高复合膜的透明度。
因此，聚合物纳米纤维膜/环氧树脂复合膜的透明性是由复合材料表面粗糙度、纳米纤维的纳米尺寸以及纳米纤维与环氧树脂的折射率匹配度三者共同决定和协同作用实现的。
二、本发明采用直接负载的方式将热致变色材料负载在纳米纤维膜表面，图案可控性强，作为本发明制备的透明膜的中间层，热致变色材料层是本发明实现图案化功能的关键，但是热致变色材料易受外部环境的影响，需要选用光学常数匹配且致密的材料作为保护层包覆材料，对热致变色薄膜的界面进行包覆。因此本发明采用环氧树脂包覆固化，实现图案化的热致变色材料中间层与外面环境的隔离，使其不受外部环境的影响。其中，本发明主要采用的是低温型可逆热致变色材料，机理如下：
有机可逆热致变色材料的变色机理一般分为两种：
1)分子间的电子转移：此类材料由电子给予体、电子接受体和溶剂化合物三部分组成，当温度发生变化时，电子给予体和电子接受体间发生电子转移，导致电子给予体的分子结构发生变化，产生可逆热致变色现象。
2)分子内的结构变化：此类材料内部结构易受温度影响发生变化，从而引起颜色变化。
无机可逆热致变色材料的变色机理主要是由于温度变化导致晶型转变、得失结晶水、电子转移、配位体几何构型变化，从而引起颜色变化。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的热致变色透明膜的制备方法中，采用的聚合物纳米纤维的折射率与环氧树脂的折射率相匹配，用以提高非图案化区域复合膜的透明度；本发明采用浸渍法制备聚合物纳米纤维膜/环氧树脂复合膜，使得环氧树脂溶液能够扩散到纳米纤维膜内并完全覆盖纳米纤维，在表面效应、纳米纤维小尺寸效应和折射率匹配的协同作用下，复合膜的透明度显著提高。
2.本发明提供的热致变色透明膜的制备方法，采用的热致变色材料可直接负载在纳米纤维膜表面，制备过程简单、图案可控性强、可实现大面积生产。
3.本发明提供的热致变色透明膜的制备方法，固化后的环氧树脂包覆在图案化的热致变色材料及纳米纤维膜表面，在显著提高薄膜透明度的前提下，实现纳米纤维膜基层、图案化的热致变色材料中间层与外面环境的全面隔离，保护其不受外部环境的影响，防止热致变色材料变色过程失效，使得热致变色的效果更加明显，并且实现热致变色薄膜使用寿命及稳定性的大幅提升。且本发明提供的热致变色透明膜，环氧树脂对内部的纳米纤维基材及热致变色材料是全包围结构，因此不会发生层层剥离的现象。另一方面，纳米纤维本身既是热致变色材料的载体，又是封装层环氧树脂的增强体，可以达到进一步加强环氧树脂机械性能的目的。因此，本项目制备所得热致变色透明膜性能更加稳定、持久，克服了现有技术的缺陷。
4.本发明提供的热致变色透明膜，由主体部和用于包覆所述主体部的封装层组成(所述主体部包括聚合物纳米纤维膜和负载于所述聚合物纳米纤维膜表面的热致变色材料层，所述封装层的材质为环氧树脂层)，具有优异的透光性和热致变色功能特性；根据所用热致变色材料的差异(不同热致变色材料的温度响应范围不同)，图案化的热致变色透明膜能够在特定温度响应下实现颜色的改变，在工业、军事、医疗保健、建筑、防伪标记、航空航天、柔性器件、智能响应、智能玻璃等各个领域具有潜在的应用价值。
5.本发明提供的热致变色透明膜的制备方法，操作简单，可以实现批量生产，具有工业上大规模推广的应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的热致变色透明膜在不同温度下热致变色过程图。
图2为本发明实施例1制备的热致变色透明膜与纯环氧树脂的应力应变曲线图。
图3为本发明对比例1和对比例2的实物图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
一种热致变色透明膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、利用静电纺丝法或熔融共混相分离法制备聚合物纳米纤维膜；
S2、热致变色材料的负载：将预定量的热致变色材料溶于溶剂中制备热致变色混合溶液，再将所述热致变色混合溶液涂覆、喷涂或模板印刷于所述聚合物纳米纤维膜的表面；
S3、环氧树脂包覆及固化：将步骤S2制备得到的所述表面负载有热致变色材料的纳米纤维膜浸渍于含有固化剂的环氧树脂溶液中，充分浸润并取出固化，制备得到热致变色透明膜。
下面通过实施例1-7及对比例1-2并结合附图对本发明提供的热致变色透明膜的制备方法做进一步的详细描述。
实施例1
一种热致变色透明膜的制备方法：
S1、乙烯醇-乙烯接枝共聚物(PVA-co-PE)纳米纤维膜的制备：利用熔融共混纺丝法来制备，包括如下步骤：
将PVA-co-PE与纤维素酯(CAB)按照20:80的重量比共混，然后利用双螺杆熔融共混进行纺丝，制备得到PVA-co-PE/CAB共混纤维；
再利用丙酮将共混纤维中的CAB去除后得到PVA-co-PE纳米纤维；
将此纳米纤维分散在由醇和水组成的混合溶剂中进行高速剪切分散，利用涂膜法即得到PVA-co-PE纳米纤维膜。
S2、选择螺吡喃类微胶囊为热致变色材料，按照5％重量比将其分散在由乙醇和水(50:50)组成的混合溶剂中制备混合溶液，利用模板印刷法将上述混合溶液负载在纳米纤维膜表面，形成WTU图案，晾干，得到具有WTU图案的纳米纤维膜。
S3、将图案化的纳米纤维膜浸渍在含有聚醚胺固化剂的环氧树脂溶液中，使环氧树脂溶液充分填充纳米纤维膜的孔隙，然后取出，并在80℃条件下加热固化，制备得到图案化热致变色透明膜。
其中，所述纳米纤维膜与所述环氧树脂的质量比例为30％：70％；纳米纤维的平均直径为200nm。
请参阅图1-2对实施例1进行分析。
如图1所示，经环氧树脂包覆并固化后的纳米纤维膜呈透明状态，只留下WTU图样，如图1中A所示。当将该热致变色透明膜放置于手掌上时，热致变色透明膜的接触温度由室温25℃升高到皮肤温度30℃时，WTU的图案颜色快速实现变色响应，在2秒钟内由绿色变成黄色，如图1中B所示。当将该热致变色透明膜从手掌上移开时，热致变色透明膜的接触温度恢复到室温，WTU的图案颜色快速实现变色响应，在5秒钟内重新变为绿色，如图1中C所示。
经环氧树脂包覆并固化后的热致变色透明膜与纯环氧树脂的拉伸应变性能进行比较，结果如图2所示(曲线A为纯环氧树脂的应力应变曲线，曲线B为经环氧树脂包覆的热致变色透明膜的应力应变曲线)，可以看出实施例1所制备的热致变色透明膜的机械性能较纯环氧树脂大幅提高。这是因为，热致变色透明膜是以纳米纤维作为增强相，然后充分浸渍环氧树脂并固化制备而成，也就是纳米纤维增强环氧树脂。这是PVA-co-PE纳米纤维表面大量的羟基加固了其与环氧树脂基体之间的界面粘合，而且纳米纤维具有较大的比表面积及长径比，以其作为增强相能够与基体相形成更多的界面粘合点，因此可以显著提高基体相的机械性能。
对比例1
一种未用环氧树脂包覆的纳米纤维膜的制备方法：
乙烯醇-乙烯接枝共聚物(PVA-co-PE)纳米纤维膜的制备：利用熔融共混纺丝法来制备，包括如下步骤：
将PVA-co-PE与纤维素酯(CAB)按照20:80的重量比共混，然后利用双螺杆熔融共混进行纺丝，制备得到PVA-co-PE/CAB共混纤维；
再利用丙酮将共混纤维中的CAB去除后得到PVA-co-PE纳米纤维；
将此纳米纤维分散在由醇和水组成的混合溶剂中进行高速剪切分散，利用涂膜法即得到PVA-co-PE纳米纤维膜。其中，纳米纤维平均直径为100nm。
对比例2
一种用环氧树脂包覆的纳米纤维复合膜的制备方法：
S1、乙烯醇-乙烯接枝共聚物(PVA-co-PE)纳米纤维膜的制备：利用熔融共混纺丝法来制备，包括如下步骤：
将PVA-co-PE与纤维素酯(CAB)按照20:80的重量比共混，然后利用双螺杆熔融共混进行纺丝，制备得到PVA-co-PE/CAB共混纤维；
再利用丙酮将共混纤维中的CAB去除后得到PVA-co-PE纳米纤维；
将此纳米纤维分散在由醇和水组成的混合溶剂中进行高速剪切分散，利用涂膜法即得到PVA-co-PE纳米纤维膜。
S2、将所述纳米纤维膜浸渍在含有聚醚胺固化剂的环氧树脂溶液中，使环氧树脂溶液充分填充纳米纤维膜的孔隙，然后取出，并在80℃条件下加热固化，制备得到环氧树脂包覆的复合膜。
其中，所述纳米纤维膜与所述环氧树脂的质量比例为30％：70％；纳米纤维的平均直径为100nm。
请参阅图3所示，在同一背景条件下(白色背景，黑色英文字符)，将对比例1和对比例2进行分析。对比例1中的纳米纤维膜，未用环氧树脂包覆，视觉上呈现出不透明的白色，无法看见背景上的字符，如图3中A所示；对比例2中的纳米纤维膜，用环氧树脂包覆并且固化，所述复合膜透明度极高，可以清晰看见背景上的英文字符，如图3中B所示。
实施例2
一种热致变色透明膜的制备方法：
S1、聚酰胺(PA6)纳米纤维膜：利用静电纺丝法来制备，包括如下步骤：按照10％重量比将PA6分散在甲酸溶液中，设置纺丝电压15kV、接收距离12cm，制备得到PA6纳米纤维膜。
S2、选择二氧化钒为热致变色材料，按照10％重量比将其分散在无水乙醇溶剂中制备混合溶液，利用涂覆法将上述混合溶液负载在纳米纤维膜表面，形成条形图案，晾干，得到具有条形图案的纳米纤维膜。
S3、将图案化的纳米纤维膜浸渍在含有聚醚胺固化剂的环氧树脂溶液中，使环氧树脂溶液充分填充纳米纤维膜的孔隙，然后取出，并在80℃条件下加热固化，制备得到图案化热致变色透明膜。
其中，所述纳米纤维膜与所述环氧树脂的质量比例为30％：70％；纳米纤维的平均直径为400nm。
经环氧树脂包覆并固化后的纳米纤维膜显示透明色，只留下条形图样。当温度由室温25℃升高到68℃时，二氧化钒发生相变，相变前后显著的光学响应导致复合薄膜对红外光由透射向反射的可逆转变，从而达到智能调温的功能，可用于智能窗户。
实施例3
一种图案化热致变色透明膜的制备方法：
S1、聚酯(PET)纳米纤维膜的制备：利用熔融共混纺丝法来制备，包括如下步骤：
将PET与纤维素酯(CAB)按照20:80的重量比共混，然后利用双螺杆熔融共混进行纺丝，制备得到PET/CAB共混纤维；
再利用丙酮将共混纤维中的CAB去除后得到PET纳米纤维；将此纳米纤维分散在由醇和水组成的混合溶剂中进行高速剪切分散，利用涂膜法即得到PET纳米纤维膜。
S2、选择荧烷类微胶囊为有机热致变色材料，按照10％重量比将其分散在由异丙醇和水(50:50)组成的混合溶剂中制备混合溶液，利用喷涂法将上述混合溶液负载在纳米纤维膜表面，形成圆形图案，晾干，得到具有圆形图案的纳米纤维膜。
S3、将图案化的纳米纤维膜浸渍在含有聚醚胺固化剂的环氧树脂溶液中，使环氧树脂溶液充分填充纳米纤维膜的孔隙，然后取出，并在80℃条件下加热固化，制备得到图案化热致变色透明膜。
其中，所述纳米纤维膜与所述环氧树脂的质量比例为30％：70％；纳米纤维的平均直径为350nm。
经环氧树脂包覆并固化后的纳米纤维膜显示透明色，只留下圆形图样。当温度由室温25℃升高到荧烷类热致变色微胶囊的相变温度38℃时，圆形图案颜色快速实现变色响应，在3秒钟内由无色变成红色。当温度恢复到室温后，圆形图案颜色快速实现变色响应，在5秒钟内重新变为无色。
实施例4-7
与实施例1的不同之处在于：纳米纤维膜和环氧树脂质量比不同，其他步骤基本相同，在此不再赘述。
表1为实施例1及实施例4-7中纳米纤维膜和环氧树脂质量比及透明度性能的设置(纯环氧树脂的光透过率为97％)
实施例 纳米纤维膜 环氧树脂 光透过率(600nm)
实施例1 30％ 70％ 88％
对比例1 100％ 0 7％
实施例4 70％ 30％ 42％
实施例5 60％ 40％ 71％
实施例6 50％ 50％ 81％
实施例7 40％ 60％ 83％
结合表1进行结果分析：
聚合物纳米纤维膜/环氧树脂复合膜的透明性是由纳米纤维的纳米尺寸以及纳米纤维与环氧树脂的折射率匹配决定和协同作用的。由表1可以看出，本发明制备的图案化热致变色透明膜的光透过率随着纳米纤维膜和环氧树脂质量比例的减小，呈现出逐渐增大的趋势，当纳米纤维膜含量为30％时，光透过率达到88％。这主要是由于随着纳米纤维膜含量的降低，环氧树脂的含量增多，环氧树脂对纳米纤维膜的包覆更加充分，使得纤维中的空隙被环氧树脂填充，减少了光散射和反射率引起的损耗，因此所述热致变色透明膜的光透过率不断提高。
随着纳米纤维膜的含量降低，对纳米纤维膜的孔隙率要求越高，这就对纳米纤维的成膜工艺提出更高要求，导致常规的静电纺丝和熔融共混相分离工艺难以实现。此外，随着纳米纤维含量降低，其对环氧树脂的增强效果也逐渐降低。因此，纳米纤维膜和环氧树脂质量比例应不低于30％：70％时。
尽管在表面效应、纳米纤维小尺寸效应和折射率匹配的协同作用下，纳米纤维膜由不透明变成了透明，但是与纯的环氧树脂相比，聚合物纳米纤维膜/环氧树脂复合膜的透光率依然有些许下降，这主要是由于纳米纤维与环氧树脂界面仍然存在光散射而造成的。而且随着纳米纤维膜含量的增加，透光率下降越大。当纳米纤维膜和环氧树脂质量比例高于70％：30％时，环氧树脂基体成分偏低，导致其对纳米纤维的填充不完全、内部依然存在孔隙的情况出现，是复合膜的透光率大大下降，因此一般要求纳米纤维膜和环氧树脂质量比例不高于70％：30％。
因此，本发明提供的制备方法中，纳米纤维膜和环氧树脂质量比的设置在30～70％：30～70％，优选比例设置在30～50％：50～70％。在所述比例范围内，聚合物纳米纤维的折射率与环氧树脂的折射率相匹配，能够显著提高非图案区域透明膜的透明度。本发明采用浸渍法制备聚合物纳米纤维膜/环氧树脂复合膜，使得环氧树脂溶液能够扩散到膜内并完全覆盖纳米纤维，复合膜的透明度显著提高。
另外，纳米纤维膜既可以作为热致变色材料的载体，还可以作为增强体，对环氧树脂起到增强作用。固化后的环氧树脂包覆在图案化的热致变色材料及纳米纤维膜表面，实现纳米纤维膜基层、图案化的热致变色材料层与外面环境的隔离，保护其不受外部环境的影响。
需要说明的是，本领域技术人员应当理解，所述聚合物还可以是聚酯、聚烯烃、聚酰胺、接枝共聚物中的一种或多种混合。
所述热致变色材料可以为无机热致变色材料或者有机热致变色材料；所述无机热致变色材料可以是金属、金属卤化物、金属氧化物、或者过渡金属配合物中的一种；所述有机热致变色材料可以是螺吡喃类、荧烷类、吲哚啉苯酞类、三芳甲烷苯酞类或者螺环类中的一种。
根据所用热致变色材料种类的差异(不同热致变色材料的温度响应范围不同，变色颜色也不同)，本发明制备的热致变色透明膜能够在特定温度响应下实现颜色的改变。且所述热致变色材料层的图案可以为规则形状或者不规则形状。
综上所述，本发明提供了一种热致变色透明膜及其制备方法和应用。所述热致变色透明膜包括主体部和用于包覆所述主体部的封装层；所述主体部包括聚合物纳米纤维膜和负载于所述聚合物纳米纤维膜表面的热致变色材料层，所述封装层的材质为环氧树脂层。本发明提供的制备方法为首先制备聚合物纳米纤维膜，然后将热致变色材料溶于溶剂中形成热致变色混合溶液，再将所述热致变色混合溶液以预定图案负载于所述纳米纤维膜表面；最后将负载有图案化热致变色材料层的纳米纤维膜浸渍入环氧树脂溶液中，充分浸润并取出固化后，制备得到热致变色透明膜。本发明制备的热致变色透明膜具有优异的透光性和热致变色功能特性，可以根据所用热致变色材料种类的差异，在特定温度响应下实现颜色的改变，在柔性器件、智能响应、航天航空等领域具有巨大的应用价值。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (6)

1.一种热致变色透明膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、利用静电纺丝法或熔融共混相分离法制备聚合物纳米纤维膜；
S2、将预定量的热致变色材料溶于溶剂中制备热致变色混合溶液，再将所述热致变色混合溶液涂覆、喷涂或模板印刷于所述聚合物纳米纤维膜的表面；
S3、将步骤S2制备得到的所述表面负载有热致变色材料的纳米纤维膜浸渍于含有固化剂的环氧树脂溶液中，充分浸润并取出固化，制备得到热致变色透明膜；
在所述热致变色透明膜中，所述纳米纤维膜与所述环氧树脂的质量比为30～70％：70～30％；
所述纳米纤维膜的折射率与所述环氧树脂的折射率之差小于等于0.1；
在步骤S2中，所述热致变色混合溶液以预设图案形成于所述聚合物纳米纤维膜的表面；所述预设图案为规则形状或者不规则形状；
所述热致变色材料为低温型可逆热致变色材料；
所述聚合物纳米纤维膜中纳米纤维的直径为50～500nm。
2.根据权利要求1所述的热致变色透明膜的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述低温型可逆热致变色材料为无机热致变色材料或者有机热致变色材料；所述无机热致变色材料为金属、金属卤化物、金属氧化物、或者过渡金属配合物中的一种；
所述有机热致变色材料为螺吡喃类、荧烷类、吲哚啉苯酞类、三芳甲烷苯酞类或者螺环类中的一种。
3.根据权利要求1所述的热致变色透明膜的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述聚合物纳米纤维膜的材质为聚酯、聚烯烃、聚酰胺、接枝共聚物中的一种或多种混合。
4.根据权利要求1所述的热致变色透明膜的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述溶剂为挥发性有机溶剂或者水和挥发性有机溶剂的混合溶液；其中，所述挥发性有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、石油醚中的至少一种。
5.一种热致变色透明膜，其特征在于：所述热致变色透明膜为根据权利要求1-4中任一权利要求所述的热致变色透明膜的制备方法制备得到，包括主体部和用于包覆所述主体部的封装层；所述主体部包括聚合物纳米纤维膜和负载于所述聚合物纳米纤维膜表面的热致变色材料层，所述封装层的材质为环氧树脂层；所述聚合物纳米纤维膜与所述环氧树脂的质量比为30～70％：70～30％。
6.一种权利要求5所述的热致变色透明膜或根据权利要求1-4中任意一项权利要求所述的制备方法得到的热致变色透明膜在柔性器件、智能响应、智能玻璃及航天航空领域的应用。
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