CN111732346A - 一种提高复明速率的光致变色玻璃的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合光致变色玻璃，包括作为基层的光致变色玻璃，所述光致变色玻璃的迎光面和/或背光面由内至外依次设有相变层和吸热层。本发明进一步提供一种复合光致变色玻璃的制备方法及其在制备提高复明速率的光致变色玻璃中的用途。本发明提供的一种提高复明速率的光致变色玻璃的制备方法，能够提高光致变色玻璃的复明速率，并均有良好的可见光透光率，不会影响光色玻璃的透明度。

Description

一种提高复明速率的光致变色玻璃的制备方法

技术领域

本发明属于材料科学的技术领域，涉及一种提高复明速率的光致变色玻璃的制备方法，具体涉及一种利用光热材料提高复明速率的光致变色玻璃的制备方法。

背景技术

光致变色玻璃，简称光色玻璃，即在光辐照后能产生着色，光照停止后，经一段时间又能恢复到原始状态。由于其透光性可随辐射光强度的改变而变化，因此其能够控制阳光进入，使室内始终具有较适宜的亮度和温度，提供良好的大视野视觉环境并能有效减少空调使用。然而目前光色玻璃变色后复明速率较慢，并缺少有效的解决办法，因此其应用受到了极大的限制。

众所周知，热辐射或长波光会加速光色玻璃复明反应，光色玻璃在较高温度下其饱和透光率和复明速度会明显提高。因此，有必要对其进行研究与探讨。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供涉及一种提高复明速率的光致变色玻璃的制备方法，克服现有光色玻璃复明速率较慢的缺陷，通过光热材料合理收集和释放太阳光，进而利用太阳光提供的热量提高光致变色玻璃的复明速率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种提高复明速率的复合光致变色玻璃，包括作为基层的光致变色玻璃，所述光致变色玻璃的迎光面和/或背光面由内至外依次设有相变层和吸热层。

优选地，所述现有光致变色玻璃选自无机光致变色玻璃或有机光致变色玻璃中的任一种。上述光致变色玻璃为常规使用的光致变色玻璃，可从市场上购买、或通过原料自行制备。目前，光致变色玻璃有两种类型，一种无机光致变色玻璃，另一种是有机光致变色玻璃。

所述无机光致变色玻璃为在强还原气氛下熔制获得含有大量的CdO硅酸盐玻璃，或含有微量的卤化银(AgX)、卤化钛(TiX)、氯化镉(CdCl)、氯化铜(CuCl)晶体的碱铝硼硅酸盐玻璃。

所述有机光致变色玻璃为对热敏感的有机材料制备的玻璃。所述对热敏感的有机材料为螺吡喃类化合物、偶氮苯类化合物、二芳基乙烯类化合物或水杨醛席夫碱类化合物。

更优选地，所述无机光色玻璃的制备方法选自溶胶凝胶法，离子交换法或坩埚熔融法中的任一种。上述溶胶凝胶法，离子交换法或坩埚熔融法均为本领域常规使用制备无机光色玻璃的方法。

优选地，所述相变层包括均匀分布有固-固相变材料的聚乙烯醇薄膜。

优选地，所述相变层与基层的厚度之比为0.05-5：100-10000。

优选地，所述相变层中，所述固-固相变材料的质量分数为5～30wt％。

优选地，所述吸热层包括均匀分布有红外吸收材料的聚乙烯醇薄膜。

优选地，所述吸热层与基层的厚度之比为0.01-1：100-10000。

优选地，所述吸热层中，所述红外吸收材料的质量分数为1～20wt％。更优选地，所述吸热层中，所述红外吸收材料的质量分数为5～10wt％。

本发明第二方面提供一种提高复明速率的复合光致变色玻璃的制备方法，包括：在光致变色玻璃的迎光面和/或背光面由内至外依次涂覆相变浆料、吸热浆料，用以形成相变层、吸热层。

优选地，所述光致变色玻璃的表面要经受羟基化处理。所述羟基化处理使基层的迎光面和/或背光面充分羟基化，形成多羟基化合物，由于羟基是亲水基团，以便于后续亲水性的相变材料涂覆以形成相变层。

更优选地，所述羟基化处理是将光致变色玻璃的迎光面和/或背光面清洗后采用等离子设备进行处理。

进一步优选地，所述清洗为超声清洗，所述超声清洗依次采用去离子水、乙醇、丙酮作为清洗剂进行清洗。

更进一步优选地，所述超声清洗的条件为：功率为150～250W，频率为30～50KHz，所述去离子水、乙醇、丙酮的清洗时间各为20～40min。

最优选地，所述超声清洗的条件为：功率为200W，频率为40KHz，所述去离子水、乙醇、丙酮的清洗时间各为30min。

进一步优选地，所述等离子设备为常规使用的等离子清洗设备。具体来说，所述等离子设备为由普特勒电气科技(招远)有限公司生产的PLT-VM500小型射频等离子清洗机。以使基体表面充分羟基化。

进一步优选地，所述等离子设备的处理功率为90～110W，处理频率为13～14MHZ。

更进一步优选地，所述等离子设备的处理功率为100W，处理频率为13.56MHZ。

优选地，所述相变浆料以聚乙烯醇溶液为成膜载体且在成膜载体内混合有固-固相变材料溶液。

更优选地，所述固-固相变材料溶液为固-固相变材料的水溶液，所述固-固相变材料的水溶液中，所述固-固相变材料的质量分数为1～3wt％。

更优选地，所述固-固相变材料选自聚乙二醇PEG1000、聚乙二醇PEG2000或聚乙二醇PEG10000中的任一种。

更优选地，所述固-固相变材料溶液与聚乙烯醇溶液加入的体积之比为1～2：0.5～5。

更优选地，所述混合的温度为80～100℃。最优选地，所述混合的温度为90℃。

更优选地，所述混合的搅拌时间为1～5小时。最优选地，所述混合的搅拌时间为2小时。

优选地，所述吸热浆料以聚乙烯醇溶液为成膜载体且在成膜载体内混合有红外吸收材料溶液。

更优选地，所述红外吸收材料溶液为红外吸收材料的水溶液，所述红外吸收材料溶的水溶液中，所述红外吸收材料的质量分数为5～30wt％。

更优选地，所述红外吸收材料选自钨青铜(M_xWO₃)、氧化铟锡、硫化铜或硼化镧中的任一种或多种混合。

所述钨青铜(M_xWO₃)中，M为碱金属离子、碱土金属离子、铵离子或稀土金属离子中的一种，x介于0和1之间。

更优选地，所述红外吸收材料溶液与聚乙烯醇溶液加入的体积之比为1～2：0.5～5。

更优选地，所述混合包括依次进行的超声分散、球磨。

进一步优选地，所述超声分散的条件为：功率为150～250W，频率为30～50KHz，超声分散时间为1.5～2.5h。

最优选地，所述超声分散的条件为：功率为200W，频率为40KHz，超声分散时间为2h。

进一步优选地，所述球磨的时间为1～10小时，球磨的转速为500～1500r/min。

最优选地，所述球磨的时间为1～5小时。

更优选地，所述聚乙烯醇溶液为将聚乙烯醇加水进行超声分散、回流加热后获得的聚乙烯醇的水溶液。所述聚乙烯醇的水溶液透明均一。

进一步优选地，所述聚乙烯醇的水溶液中，所述聚乙烯醇的质量分数为5～15wt％。

进一步优选地，所述超声分散的条件为：功率为150～250W，频率为30～50KHz，超声分散时间为30-180min。最优选地，所述超声分散的条件为：功率为200W，频率为40KHz，超声分散时间为30-60min。所述超声分散使聚乙烯醇在水中充分溶胀。

进一步优选地，所述回流加热的温度为80～100℃。最优选地，所述回流加热的温度为90℃。

进一步优选地，所述回流加热的时间为0.5～10小时。最优选地，所述回流加热的时间为1～5小时。

优选地，所述涂覆方式选自旋涂法，刮涂法，辊涂法，淋涂法，喷涂法或提拉法中的任一种。所述旋涂法，刮涂法，辊涂法，淋涂法，喷涂法或提拉法均为现有常规的涂覆方式。

如上所述，本发明提供的一种提高复明速率的光致变色玻璃的制备方法，通过优选的材料及其处理步骤，能够获得具有高复明速率的复合光致变色玻璃。该种光致变色玻璃在室外阳光强烈时能够发生变色，通过吸热层对红外光吸热的特性，将红外光充分吸收，并转化成热能传导至相变层，随着温度高于相变材料的相变点，相变层通过固-固相变将热量保留。该种光致变色玻璃在室外阳光减弱时，当室外温度低于相变点，则会将相变层内储存的热量释放，使光色玻璃温度升高，进而促进复明反应，而复明反应往往是吸热反应，提高温度，其反应速度会提高，从而提高复明速率。同时，该种光致变色玻璃选用的成膜剂：聚乙烯醇、固-固相变材料、红外吸收材料均有良好的可见光透光率，不会影响光色玻璃的透明度。

附图说明

图1显示为本发明中复合光致变色玻璃的三层结构示意图，其中，1为光致变色玻璃的基层；2为光致变色玻璃的相变层；3为光致变色玻璃的吸热层。

图2显示为本发明中光致变色玻璃涂覆吸热层材料后的透射光谱图。

图3显示为本发明中光致变色玻璃的相变层材料的DSC图。

图4显示为本发明中光致变色玻璃的复合结构在热成像仪下的温度分布图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指相对压力。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

将10g聚乙烯醇粉末加入到100ml去离子水中，在200W、40KHz下超声分散30分钟使其充分溶胀，然后在90℃下回流加热2小时，得到均匀透明的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液中，聚乙烯醇的质量分数为10wt％。

在100mL聚乙烯醇溶液中加入100mL的质量分数为2wt％的聚乙二醇PEG2000水溶液进行混合，在90℃下搅拌2小时得到含5wt％的聚乙二醇PEG2000的相变浆料。

在100mL聚乙烯醇溶液中加入100mL的质量分数为20wt％的Cs_0.32WO₃水溶液进行混合，在200W、40KHz下超声分散2h后以1000r/min的转速球磨5小时，得到含5wt％Cs_0.32WO₃的吸热浆料。质量分数为20wt％的Cs_0.32WO₃水溶液是取20g Cs_0.32WO₃粉末加入到100ml去离子水中配制而成。

将坩埚熔融法制备的AgCl光致变色玻璃作为基层，将基层的迎光面和/或背光面在200W、40KHz下依次采用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗30min后，采用等离子设备在100W、13.56MHZ下进行羟基化处理，使基层的迎光面和/或背光面充分羟基化，以便于后续亲水性的相变材料涂覆以形成相变层。

再将相变浆料、吸热浆料采用刮涂的方式，由内至外依次涂覆在基层的迎光面和/或背光面上，形成基层、相变层、吸热层的三层结构，即得所需的提高复明速率的复合光致变色玻璃样品1#。提高复明速率的复合光致变色玻璃样品1#的三层结构见图1。

将复合光致变色玻璃样品1#进行透光率测试，具体测试结果见图2。由图2可知，复合光致变色玻璃样品1#的可见光部分透光率仍达80％，但吸收红外区(780nm-2500nm)的透过率大大降低，可见，红外部分的太阳光被复合光致变色玻璃样品1#的吸热层中的Cs_0.32WO₃充分吸收。

将复合光致变色玻璃样品1#进行DSC测试，具体测试结果见图3。由图3可知，在相变层中聚乙二醇PEG2000能够发挥固-固相变的作用具有明显的潜热值，说明复合光致变色玻璃样品1#具有良好的相变储热功能。

同时，将复合光致变色玻璃样品1#经红外灯照射一段时间后，进行热成像仪测试，具体测试结果见图4。由在低于相变点拍摄的图4可知，复合光致变色玻璃样品1#的涂覆有相变、吸热的多层结构的部分高于玻璃其他未覆膜部分。说明复合光致变色玻璃样品1#的相变、吸热的多层结构，通过吸热、储热，能够实现提高玻璃基底温度的作用。即在室外温度低于相变点时，会将相变层内储存的热量释放，使光色玻璃温度升高。

可见，复合光致变色玻璃样品1#能够利用红外材料充分吸收太阳光，并利用相变材料实现热量的存储和释放，可以充分利用现有太阳光条件，在弱光下促进光色玻璃温度升高，提高了复明响应速度，缩短了复明时间。

实施例2

将15g聚乙烯醇粉末加入到100ml去离子水中，在200W、40KHz下超声分散60分钟使其充分溶胀，然后在90℃下回流加热2小时，得到均匀透明的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液中，聚乙烯醇的质量分数为15wt％。

在100mL聚乙烯醇溶液中加入100mL的质量分数为1wt％的聚乙二醇PEG10000水溶液进行混合，在90℃下搅拌2小时得到含10wt％的聚乙二醇PEG10000的相变浆料。

在150mL聚乙烯醇溶液中加入100mL的质量分数为20wt％的K_0.2WO₃水溶液进行混合，在200W、40KHz下超声分散2h后以1000r/min的转速球磨5小时，得到含10wt％K_0.2WO₃的吸热浆料。质量分数为20wt％的K_0.2WO₃水溶液是取20g K_0.2WO₃粉末加入到100ml去离子水中配制而成。

将溶胶凝胶法制备的AgBr光致变色玻璃作为基层，将基层的迎光面和/或背光面在200W、40KHz下依次采用去离子水、乙醇、丙酮各超声清洗30min后，采用等离子设备在100W、13.56MHZ下进行羟基化处理，使基层的迎光面和/或背光面充分羟基化，以便于后续亲水性的相变材料涂覆以形成相变层。

再将相变浆料、吸热浆料采用旋涂的方式，由内至外依次涂覆在基层的迎光面和/或背光面上，形成基层、相变层、吸热层的三层结构，即得所需的提高复明速率的复合光致变色玻璃样品2#。提高复明速率的复合光致变色玻璃样品2#的三层结构见图1。

复合光致变色玻璃样品2#能够利用红外材料充分吸收太阳光，并利用相变材料实现热量的存储和释放，可以充分利用现有太阳光条件，在弱光下促进光色玻璃温度升高，提高了复明响应速度，缩短了复明时间。

实施例3

将坩埚熔融法制备的碱铝硼硅光色玻璃，在室外阳光照射下，其半复明时间为20～60min。

再将该碱铝硼硅光色玻璃按实施例1中处理步骤，由内至外依次涂覆相变浆料、吸热浆料，形成基层、相变层、吸热层的三层结构，在室外阳光照射下，其半复明时间为10～15min。

两者比较可知，本发明中的复合光致变色玻璃的复明响应速率明显提高。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种复合光致变色玻璃，包括作为基层的光致变色玻璃，所述光致变色玻璃的迎光面和/或背光面由内至外依次设有相变层和吸热层。

2.根据权利要求1所述的复合光致变色玻璃，其特征在于，所述相变层包括均匀分布有固-固相变材料的聚乙烯醇薄膜。

3.根据权利要求1所述的复合光致变色玻璃，其特征在于，所述相变层与基层的厚度之比为0.05-5：100-10000；所述相变层中，所述固-固相变材料的质量分数为5～30wt％。

4.根据权利要求1所述的复合光致变色玻璃，其特征在于，所述吸热层包括均匀分布有红外吸收材料的聚乙烯醇薄膜。

5.根据权利要求1所述的复合光致变色玻璃，其特征在于，所述吸热层与基层的厚度之比为0.01-1：100-10000；所述吸热层中，所述红外吸收材料的质量分数为1～20wt％。

6.根据权利要求1-5任一所述的复合光致变色玻璃的制备方法，包括：在光致变色玻璃的迎光面和/或背光面由内至外依次涂覆相变浆料、吸热浆料，用以形成相变层、吸热层。

7.根据权利要求6所述的复合光致变色玻璃的制备方法，其特征在于，所述光致变色玻璃的表面要经受羟基化处理。

8.根据权利要求6所述的复合光致变色玻璃的制备方法，其特征在于，所述相变浆料以聚乙烯醇溶液为成膜载体且在成膜载体内混合有固-固相变材料溶液；包括以下条件中任一项或多项：

A1)所述固-固相变材料溶液为固-固相变材料的水溶液，所述固-固相变材料的水溶液中，所述固-固相变材料的质量分数为1～3wt％；

A2)所述固-固相变材料选自聚乙二醇PEG1000、聚乙二醇PEG2000或聚乙二醇PEG10000中的任一种；

A3)所述固-固相变材料溶液与聚乙烯醇溶液加入的体积之比为1～2：0.5～5。

9.根据权利要求6所述的复合光致变色玻璃的制备方法，其特征在于，所述吸热浆料以聚乙烯醇溶液为成膜载体且在成膜载体内混合有红外吸收材料溶液；包括以下条件中任一项或多项：

B1)所述红外吸收材料溶液为红外吸收材料的水溶液，所述红外吸收材料溶的水溶液中，所述红外吸收材料的质量分数为5～30wt％；

B2)所述红外吸收材料选自钨青铜、氧化铟锡、硫化铜或硼化镧中的任一种或多种混合；

B3)所述红外吸收材料溶液与聚乙烯醇溶液加入的体积之比为1～2：0.5～5。

10.根据权利要求8或9任一所述的复合光致变色玻璃的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液为将聚乙烯醇加水进行超声分散、回流加热后获得的聚乙烯醇的水溶液；所述聚乙烯醇的水溶液中，所述聚乙烯醇的质量分数为5～15wt％。

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