CN110857889A - 一种温感智能复合光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能光学复合材料领域，旨在提供一种温感智能复合光学玻璃，包括两片或多片玻璃骨架和位于玻璃骨架间的温敏聚合物胶体活性材料，所述温敏聚合物胶体活性材料包括如下重量份组分：N‑异丙基丙烯酰胺30份；丙烯酸10‑20份；乙酰丙酮丙烯酰胺10‑20份；树脂添加剂3‑6份；有机小分子化合物4‑16份；无机盐5‑15份；上述组分溶于去离子水中，共聚形成总质量浓度为5％‑55％的液溶胶。N‑异丙基丙烯酰胺的聚合物是一种典型的温敏型高分子，当外界温度低于其低临界溶解温度时，高分子溶液透明，光线可透过光学玻璃，并增加室内温度；当外界温度高于其低临界溶解温度时，聚合物析出从而减少光线透过。通过调节各组分比例可共混出不同低临界溶解温度的共聚物。
Description
技术领域
本发明涉及智能光学复合材料领域，更具体地说，它涉及一种温感智能复合光学玻璃。
背景技术
在众多的建筑材料中，玻璃发挥越来越重要的作用。玻璃作为建筑采光材料具有不可替代性，玻璃及其深加工制品作为装饰装修材料的应用正在逐年扩大，利用玻璃材料独具的光学特性制造的多功能材料将会在节能绿色建筑中扮演重要角色。除了传统的节能玻璃制作工艺，如中空玻璃、吸热玻璃和热反射玻璃以外，近年来出现了很多的新技术、新产品，如光致变色玻璃。
在传统的智能材料主要是光敏感的光致变色材料及热致变色材料。典型的光致变色材料是卤化银化合物，也是传统制备光致变色玻璃的材料。在一定的光波辐射条件下，卤化银粒子会吸收能量发生分解，生产银粒子和单质元素，纳米银离子和卤素会遮挡光线通过，从而玻璃变暗。当除去光线辐照时，单质银和卤素复合生产物色的卤化银化合物，这样玻璃会变得更加透明。
但是在寒冷低温的冬季，人们需要高的太阳光透过率来满足室内取暖降低能耗，因此卤素银智能玻璃不能满足人们作为智能遮阳玻璃的需求。而一种能随环境温度呈现由透明到不透明的相互转变的智能玻璃更被需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种温感智能复合光学玻璃，其具有随环境温度呈现由透明到不透明的相互转变的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种温感智能复合光学玻璃，包括两片或多片玻璃骨架和位于玻璃骨架间的温敏聚合物胶体活性材料，所述温敏聚合物胶体活性材料包括如下重量份组分：
N-异丙基丙烯酰胺 30份
丙烯酸 10-20份
乙酰丙酮丙烯酰胺 10-20份
树脂添加剂 3-6份
有机小分子化合物 4-16份
无机盐 5-15份
上述组分溶于去离子水中，共聚形成总质量浓度为5％-55％的液溶胶。
通过采用上述技术方案，N-异丙基丙烯酰胺的聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺是一种典型的温敏型高分子，当外界温度低于其低临界溶解温度时，聚合物锻链由于酰胺键与水分子强烈的氢键相互作用而水合膨胀，使得高分子溶液变得透明，从而光线可透过本发明的光学玻璃，并增加室内温度，在温度低的季节，能够最大限度的让太阳光透过玻璃进入建筑物内部。当外界温度高于其低临界溶解温度时，聚合物链段又会因为链段之间非极性的增加而收缩并析出，使得高分子溶液变得浑浊，从而减少光线透过。采用N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸和乙酰丙酮丙烯酰胺共聚，共聚物的低临界溶解温度随着丙烯酸的含量的增加而上升，随着乙酰丙酮丙烯酰胺的含量的增加而降低，从而通过调节N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸和乙酰丙酮丙烯酰胺的比例可共混出不同低临界溶解温度的共聚物，供不同环境的使用需要。
进一步的，还包括15-30份甲基纤维素、羟丙基纤维素和乙基羟乙基纤维素的混合物，其中甲基纤维素、羟丙基纤维素和乙基羟乙基纤维素和比例为1:1:1。
通过采用上述技术方案，甲基纤维素、羟丙基纤维素和乙基羟乙基纤维素均为温度响应型高分子，且属于可再生资源，具有在光学上透明与不透明之间转换的性质，辅助聚N-异丙基丙烯酰胺的温度响应效果。
进一步的，所述树脂添加剂包括光稳定剂和抗氧剂，所述光稳定剂和抗氧剂的比例为2:1。
通过采用上述技术方案，树脂橡胶等制品在日黄或强的荧光下，因吸收紫外线而易引发自我氧化，导致聚合物降解，使制品的外观和物理机械性能恶化。光稳定剂可以屏蔽、反射紫外线或吸收紫外线并将其转化为无害的热能；可以猝灭被紫外线激发的分子或基团的激发态，使其回复到基态，排除或减缓了发生光氧化还原反应的可能性；还可以捕获因光氧化还原产生的自由基，从而阻止了导致制品老化的自由基反应，使制品免遭紫外线破坏。抗氧剂可延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，从而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命。
进一步的，所述光稳定剂包括邻羟基二苯甲酮类和猝灭剂2002，所述羟基二苯甲酮类光稳定剂和猝灭剂2002的比例为1:1。
通过采用上述技术方案，邻羟基二苯甲酮类光稳定剂为紫外线吸收剂，能有选择性地强烈吸收紫外线，并把吸收的能量转变成热能或无害的低能辐射使之释放出去的物质。由于该物质吸收了紫外线，所以避免了高分子材料直接与紫外线发生作用，从而起到保护高分子材料的作用。猝灭剂2002能够在瞬间把受到紫外线照射后处于激发态的分子能量转移掉，使其回到稳定的基态，从而起到保护材料免受紫外线破坏的作用。
进一步的，所述抗氧剂包括亚磷酸抗氧剂、硫酯抗氧剂或酚类抗氧剂中的一或者几种的混合。
通过采用上述技术方案，亚磷酸酯抗氧剂的主要作用是分解氢过氧化物，氢过氧化物的生成和积聚是有机高分子材料降解最关键的步骤，当一定浓度的氢过氧化物生成后，自由基氧化反应将快速推进，因此亚磷酸酯抗氧剂对老化的抑制至关重要。同时，亚磷酸酯抗氧剂与光稳定剂等有协同效果。硫酯抗氧剂中的硫类化合物在分解氢过氧化物的过程中生成的次磺酸等酸性物质对氢过氧化物的分解有催化作用，从而显示良好的抗氧性能。通过捕捉过氧自由基来阻止或抑制链引发反应和链增长反应，从而终止自由基链式反应。达到防止氧化的目的。
进一步的，所述有机小分子化合物为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇或甘油中的一种或几种的混合物。
通过采用上述技术方案，甲醇、乙醇、乙二醇等有机小分子可作为溶剂分散共聚物，并最后在去离子水中形成液溶胶。
进一步的，所述无机盐包括氯化钠、碳酸钾或硝酸钠中的一种或几种的混合物。
通过采用上述技术方案，无机盐作为小分子融入去离子水中，可改变去离子水的饱和度，并使得去离子水保持透明，从而需要更少的共聚物即可获得所需液溶胶。
进一步的，所述温敏聚合物胶体活性材料的低临界温度为10-50℃。
通过采用上述技术方案，可通过调节N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸和乙酰丙酮丙烯酰胺的比例，可得到低临界温度范围在10-50℃的共聚物。
进一步的，所述玻璃骨架是现有的商品无机玻璃或有机玻璃，位于外层的所述玻璃骨架的外壁覆有防裂膜。
通过采用上述技术方案，玻璃骨架为现有的商品无机玻璃或有机玻璃方便获取，玻璃骨架的外壁覆有防裂膜，当玻璃骨架在运输或使用过程中发生破碎，防裂膜防止玻璃碎片分离，并防止玻璃骨架间的温敏聚合物胶体活性材料渗出，避免温敏聚合物胶体活性材料渗出对环境造成影响。
进一步的，所述玻璃骨架的相对侧分别经纳米二氧化硅喷涂形成粗糙表面。
通过采用上述技术方案，玻璃骨架的相对侧经喷涂纳米二氧化硅后形成粗糙表面，当温度高于低临界溶解温度时，粗糙表面易粘液溶胶中析出的物质，从而玻璃骨架的粗糙面可均匀粘附析出物，防止析出物集中在玻璃骨架下方，从而使得玻璃骨架整体的透光度均匀。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.通过采用N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸和乙酰丙酮丙烯酰胺共聚，共聚物的低临界溶解温度随着丙烯酸的含量的增加而上升，随着乙酰丙酮丙烯酰胺的含量的增加而降低，从而调节N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸和乙酰丙酮丙烯酰胺的比例可共混出不同低临界溶解温度的共聚物，供不同环境的使用需要；
2.通过加入甲基纤维素、羟丙基纤维素和乙基羟乙基纤维素这些温度响应型高分子，其且属于可再生资源，具有在光学上透明与不透明之间转换的性质，辅助聚N-异丙基丙烯酰胺的温度响应效果。
具体实施方式
实施例1：
N-异丙基丙烯酰胺 30份
丙烯酸 10份
乙酰丙酮丙烯酰胺 10份
树脂添加剂 3份
有机小分子化合物 4份
无机盐 5份
甲基纤维素 5份
羟丙基纤维素 5份
乙基羟乙基纤维素 5份
其中，树脂添加剂包括2份光稳定剂和1份抗氧剂，光稳定剂选用1份羟基二苯甲酮类光稳定剂和1份猝灭剂2002，抗氧剂选用0.5份亚磷酸抗氧剂、0.25份硫酯抗氧剂和0.25份酚类抗氧剂；有机小分子化合物为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇和甘油中的混合物；无机盐包括氯化钠、碳酸钾和硝酸钠中的混合物。将上述组分共聚后溶于去离子水中，形成总质量浓度为5％的液溶胶。取两块商品无机玻璃作为玻璃骨架，在两块玻璃骨架的外壁覆上防裂膜，并在两块玻璃骨架的相对侧经纳米二氧化硅喷涂后形成粗糙表面。在两块玻璃骨架间灌满液溶胶并封闭。
实施例2：
N-异丙基丙烯酰胺 30份
丙烯酸 15份
乙酰丙酮丙烯酰胺 10份
树脂添加剂 3份
有机小分子化合物 4份
无机盐 5份
甲基纤维素 5份
羟丙基纤维素 5份
乙基羟乙基纤维素 5份
其中，树脂添加剂包括2份光稳定剂和1份抗氧剂，光稳定剂选用1份羟基二苯甲酮类光稳定剂和1份猝灭剂2002，抗氧剂选用0.5份亚磷酸抗氧剂、0.25份硫酯抗氧剂和0.25份酚类抗氧剂；有机小分子化合物为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇和甘油中的混合物；无机盐包括氯化钠、碳酸钾和硝酸钠中的混合物。将上述组分共聚后溶于去离子水中，形成总质量浓度为5％的液溶胶。取两块商品无机玻璃作为玻璃骨架，在两块玻璃骨架的外壁覆上防裂膜，并在两块玻璃骨架的相对侧经纳米二氧化硅喷涂后形成粗糙表面。在两块玻璃骨架间灌满液溶胶并封闭。
实施例3：
N-异丙基丙烯酰胺 30份
丙烯酸 20份
乙酰丙酮丙烯酰胺 10份
树脂添加剂 3份
有机小分子化合物 4份
无机盐 5份
甲基纤维素 5份
羟丙基纤维素 5份
乙基羟乙基纤维素 5份
其中，树脂添加剂包括2份光稳定剂和1份抗氧剂，光稳定剂选用1份羟基二苯甲酮类光稳定剂和1份猝灭剂2002，抗氧剂选用0.5份亚磷酸抗氧剂、0.25份硫酯抗氧剂和0.25份酚类抗氧剂；有机小分子化合物为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇和甘油中的混合物；无机盐包括氯化钠、碳酸钾和硝酸钠中的混合物。将上述组分共聚后溶于去离子水中，形成总质量浓度为5％的液溶胶。取两块商品无机玻璃作为玻璃骨架，在两块玻璃骨架的外壁覆上防裂膜，并在两块玻璃骨架的相对侧经纳米二氧化硅喷涂后形成粗糙表面。在两块玻璃骨架间灌满液溶胶并封闭。
实施例4：
N-异丙基丙烯酰胺 30份
丙烯酸 10份
乙酰丙酮丙烯酰胺 10份
树脂添加剂 6份
有机小分子化合物 16份
无机盐 15份
甲基纤维素 10份
羟丙基纤维素 10份
乙基羟乙基纤维素 10份
其中，树脂添加剂包括4份光稳定剂和2份抗氧剂，光稳定剂选用2份羟基二苯甲酮类光稳定剂和2份猝灭剂2002，抗氧剂选用1份亚磷酸抗氧剂、0.5份硫酯抗氧剂和0.5份酚类抗氧剂；有机小分子化合物为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇和甘油中的混合物；无机盐包括氯化钠、碳酸钾和硝酸钠中的混合物。将上述组分共聚后溶于去离子水中，形成总质量浓度为55％的液溶胶。取两块商品有机玻璃作为玻璃骨架，在两块玻璃骨架的外壁覆上防裂膜，并在两块玻璃骨架的相对侧经纳米二氧化硅喷涂后形成粗糙表面。在两块玻璃骨架间灌满液溶胶并封闭。
实施例5：
N-异丙基丙烯酰胺 30份
丙烯酸 10份
乙酰丙酮丙烯酰胺 15份
树脂添加剂 6份
有机小分子化合物 16份
无机盐 15份
甲基纤维素 10份
羟丙基纤维素 10份
乙基羟乙基纤维素 10份
其中，树脂添加剂包括4份光稳定剂和2份抗氧剂，光稳定剂选用2份羟基二苯甲酮类光稳定剂和2份猝灭剂2002，抗氧剂选用1份亚磷酸抗氧剂、0.5份硫酯抗氧剂和0.5份酚类抗氧剂；有机小分子化合物为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇和甘油中的混合物；无机盐包括氯化钠、碳酸钾和硝酸钠中的混合物。将上述组分共聚后溶于去离子水中，形成总质量浓度为55％的液溶胶。取两块商品有机玻璃作为玻璃骨架，在两块玻璃骨架的外壁覆上防裂膜，并在两块玻璃骨架的相对侧经纳米二氧化硅喷涂后形成粗糙表面。在两块玻璃骨架间灌满液溶胶并封闭。
实施例6：
N-异丙基丙烯酰胺 30份
丙烯酸 10份
乙酰丙酮丙烯酰胺 20份
树脂添加剂 6份
有机小分子化合物 16份
无机盐 15份
甲基纤维素 10份
羟丙基纤维素 10份
乙基羟乙基纤维素 10份
其中，树脂添加剂包括4份光稳定剂和2份抗氧剂，光稳定剂选用2份羟基二苯甲酮类光稳定剂和2份猝灭剂2002，抗氧剂选用1份亚磷酸抗氧剂、0.5份硫酯抗氧剂和0.5份酚类抗氧剂；有机小分子化合物为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇和甘油中的混合物；无机盐包括氯化钠、碳酸钾和硝酸钠中的混合物。将上述组分共聚后溶于去离子水中，形成总质量浓度为55％的液溶胶。取两块商品有机玻璃作为玻璃骨架，在两块玻璃骨架的外壁覆上防裂膜，并在两块玻璃骨架的相对侧经纳米二氧化硅喷涂后形成粗糙表面。在两块玻璃骨架间灌满液溶胶并封闭。
实施例7：
N-异丙基丙烯酰胺 30份
丙烯酸 0份
乙酰丙酮丙烯酰胺 0份
树脂添加剂 6份
有机小分子化合物 16份
无机盐 15份
甲基纤维素 10份
羟丙基纤维素 10份
乙基羟乙基纤维素 10份
其中，树脂添加剂包括4份光稳定剂和2份抗氧剂，光稳定剂选用2份羟基二苯甲酮类光稳定剂和2份猝灭剂2002，抗氧剂选用1份亚磷酸抗氧剂、0.5份硫酯抗氧剂和0.5份酚类抗氧剂；有机小分子化合物为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇和甘油中的混合物；无机盐包括氯化钠、碳酸钾和硝酸钠中的混合物。将上述组分共聚后溶于去离子水中，形成总质量浓度为55％的液溶胶。取两块商品有机玻璃作为玻璃骨架，在两块玻璃骨架的外壁覆上防裂膜，并在两块玻璃骨架的相对侧经纳米二氧化硅喷涂后形成粗糙表面。在两块玻璃骨架间灌满液溶胶并封闭。
性能检测：对实施例1-7的产品按照国家标准GB2680-1994《建筑玻璃可见光透射率等测试方法》，分别测试本发明的复合光学玻璃的低临界溶解温度（LCST）；以及其分别在低临界溶解温度上下时，紫外200~380nm波长的透光率和380~2500nm波长的透光率。
结果与分析：
由实施例1-3的数据可知，温敏聚合物胶体活性材料的低临界溶解温度随着丙烯酸的含量的增加而上升；由实施例4-6的数据可知，温敏聚合物胶体活性材料的低临界溶解温度随着乙酰丙酮丙烯酰胺的含量的增加而下降；由实施例1-6与实施例7对比可知，丙烯酸和乙酰丙酮丙烯酰胺的配合使用对N-异丙基丙烯酰胺的低临界溶解温度有显著影响。由实施例1与实施例4对比可知，填充的液溶胶总质量浓度越大，透光率越低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种温感智能复合光学玻璃，其特征在于：包括两片或多片玻璃骨架和位于玻璃骨架间的温敏聚合物胶体活性材料，所述温敏聚合物胶体活性材料包括如下重量份组分：
N-异丙基丙烯酰胺 30份
丙烯酸 10-20份
乙酰丙酮丙烯酰胺 10-20份
树脂添加剂 3-6份
有机小分子化合物 4-16份
无机盐 5-15份
上述组分共聚后溶于去离子水中，形成总质量浓度为5％-55％的液溶胶。
2.根据权利要求1所述的一种温感智能复合光学玻璃，其特征在于：还包括15-30份甲基纤维素、羟丙基纤维素和乙基羟乙基纤维素的混合物，其中甲基纤维素、羟丙基纤维素和乙基羟乙基纤维素和比例为1:1:1。
3.根据权利要求1所述的一种温感智能复合光学玻璃，其特征在于：所述树脂添加剂包括光稳定剂和抗氧剂，所述光稳定剂和抗氧剂的比例为2:1。
4.根据权利要求3所述的一种温感智能复合光学玻璃，其特征在于：所述光稳定剂包括邻羟基二苯甲酮类和猝灭剂2002，所述羟基二苯甲酮类光稳定剂和猝灭剂2002的比例为1:1。
5.根据权利要求3所述的一种温感智能复合光学玻璃，其特征在于：所述抗氧剂包括亚磷酸抗氧剂、硫酯抗氧剂或酚类抗氧剂中的一或者几种的混合。
6.根据权利要求1所述的一种温感智能复合光学玻璃，其特征在于：所述有机小分子化合物为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇或甘油中的一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种温感智能复合光学玻璃，其特征在于：所述无机盐包括氯化钠、碳酸钾或硝酸钠中的一种或几种的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种温感智能复合光学玻璃，其特征在于：所述温敏聚合物胶体活性材料的低临界温度为10-50℃。
9.根据权利要求1所述的一种温感智能复合光学玻璃，其特征在于：所述玻璃骨架是现有的商品无机玻璃或有机玻璃，位于外层的所述玻璃骨架的外壁覆有防裂膜。
10.根据权利要求9所述的一种温感智能复合光学玻璃，其特征在于：所述玻璃骨架的相对侧分别经纳米二氧化硅喷涂形成粗糙表面。
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