CN113376916B - 一种智能动态调光膜及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本申请涉及玻璃制品技术领域，具体公开了一种智能动态调光膜及其制备方法和应用。智能动态调光膜由以下重量份的原料制成：载体树脂50‑70份、电致变色填料20‑30份、改性锂基膨润土20‑30份、碳纳米管12‑20份、偶联剂8‑16份。本申缩短了智能动态调光膜变色的响应时间，提高了智能动态调光膜的变色效率。

Description

一种智能动态调光膜及其制备方法和应用

技术领域

本申请涉及玻璃制品技术领域，更具体地说，它涉及一种智能动态调光膜及其制备方法和应用。

背景技术

电致变色玻璃是一种新型功能材料，电致变色玻璃中通常添加过渡金属氧化物作为电致变色材料，电致变色材料能够在外加电压作用下改变颜色，从而对透光率和吸光率进行调节，既能起到防窥视的作用，又能够改善光照效果，已经被广泛用于信息、电子、能源、建筑以及国防等多个领域。

公告号为CN105759530B的中国专利公开了一种电控调光玻璃，包括第一透明玻璃基材层、第一透明导电层、离子存储层、离子导体层、电致变色层、第二透明导电层、第二透明玻璃基材层以及保护层，第二透明玻璃基材层与保护层之间通过透明粘合剂连接。当需要调节电控调光玻璃的透明度时，操作者在第一透明导电层与第二透明导电层之间通入电流，在电流的驱动下，自由电子以及离子存储层中的离子进入电致变色层，并被电致变色层吸收，使电致变色层发生变色，从而实现了对透明度的调节。

针对上述中的相关技术，发明人认为，离子存储层与电致变色层之间的界面性质差异较大，因此在通电时离子存储层中的离子难以迅速移动到电致变色层中，导致电致变色层的变色响应时间较长，对电控调光玻璃的变色效率造成影响。

发明内容

相关技术中，离子存储层中的离子难以迅速进入电致变色层，影响电控调光玻璃的变色效率。为了改善这一缺陷，本申请提供一种智能动态调光膜及其制备方法和应用。

第一方面，本申请提供一种智能动态调光膜，采用如下的技术方案：一种智能动态调光膜，由以下重量份的原料制成：载体树脂50-70份、电致变色填料20-30份、改性锂基膨润土20-30份、碳纳米管12-20份、偶联剂8-16份。

通过采用上述技术方案，本申请在载体树脂中加入碳纳米管，使载体树脂具备导电性。电致变色填料以及改性锂基膨润土均为无机物，而载体树脂与无机物的相容性较差。在偶联剂的作用下，改性锂基膨润土、电致变色填料以及载体树脂三者复合为一体，且碳纳米管使得载体树脂具有导电性。当电流通过智能动态调光膜时，改性锂基膨润土中的锂离子向电致变色填料中迁移，由于改性锂基膨润土与电致变色填料均匀分散在载体树脂中，因此锂离子无需进行长距离传输，也无需穿越大面积的层界面，从而缩短了智能动态调光膜变色的响应时间，提高了智能动态调光膜的变色效率。

优选的，所述智能动态调光膜由以下重量份的原料制成：载体树脂55-65份、电致变色填料22-28份、改性锂基膨润土22-28份、碳纳米管14-18份、偶联剂10-14份。

通过采用上述技术方案，优化了智能动态调光膜的配比，使智能动态调光膜具有更短的变色响应时间，进一步提高了智能动态调光膜的变色效率。

优选的，所述电致变色填料选用纳米三氧化钨、纳米二氧化钛、纳米氧化铁中的至少一种。

通过采用上述技术方案，纳米三氧化钨、纳米氧化铁和纳米二氧化钛均可作为电致变色填料使用，其中纳米三氧化钨的lewis酸性强于纳米氧化铁和纳米二氧化钛，因此更容易吸收电子，使用纳米二氧化钨时，智能动态调光膜的变色响应时间更短。

优选的，所述载体树脂选用D001型离子交换树脂、D301型离子交换树脂、D201型离子交换树脂中的至少一种。

通过采用上述技术方案，D001型离子交换树脂、D301型离子交换树脂、D201型离子交换树脂均可吸附改性锂基膨润土，并且还能与改性锂基膨润土中处于游离态的锂离子发生离子交换，有助于进一步提高动态调光膜的锂离子含量，缩短智能动态调光膜变色的响应时间。其中，D001型离子交换树脂对阳离子的交换能力最强，因此最有利于缩短变色响应时间。

优选的，所述载体树脂的交联度为6％-10％。

通过采用上述技术方案，当载体树脂的交联度过低时，载体树脂中搭载的电致变色填料以及改性锂基膨润土容易流失，影响载体树脂对电致变色填料以及改性锂基膨润土的搭载能力；当载体树脂的交联度过高时，载体树脂中的孔隙减少，同样会导致载体树脂对电致变色填料以及改性锂基膨润土的搭载能力受到影响。当载体树脂的交联度处于6％-10％之间时，载体树脂对电致变色填料以及改性锂基膨润土的搭载能力较强，因此智能动态调光膜变色的响应时间更短。

优选的，所述偶联剂选用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂与钛酸酯偶联剂均可提起偶联作用，其中硅烷偶联剂的分子之间能够相互接枝形成立体交联结构，因此具有更好的包覆作用，有助于减小电致变色填料与改性锂基膨润土与树脂基体之间的应力，改善电致变色填料分散的均匀度。

优选的，所述偶联剂选用硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂选用乙烯基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的至少一种。

通过采用上述技术方案，乙烯基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷能够起偶联作用，其中乙烯基三乙氧基硅烷的双键具有还原性，当外界的氧化性物质渗入智能动态调光膜时，乙烯基三乙氧基硅烷中的双键首先被氧化，从而延缓了树脂基体氧化受损的进程，使电致变色填料不容易流失。

优选的，所述改性锂基膨润土的平均粒径为15-30μm。

通过采用上述技术方案，当改性锂基膨润土的平均粒径过大或过小时，树脂基体的孔结构均较难与改性锂基膨润土相匹配，导致树脂基体搭载改性锂基膨润土的能力较弱，当改性锂基膨润土的平均粒径为15-30μm时，树脂基体搭载改性锂基膨润土的能力较强，因此智能动态调光膜的变色响应时间较短。

优选的，所述改性锂基膨润土按照以下步骤制备：

(1)将锂基膨润土与氢氧化锂混合均匀，并在150-200℃下预热，得到预制锂基膨润土，其中锂基膨润土与氢氧化锂的质量比为4：(1.5-2.5)；

(2)将预制锂基膨润土在650-850℃下煅烧2.5-3.5h，将煅烧产物冷却后粉碎，得到改性锂基膨润土。

通过采用上述技术方案，首先在步骤(1)中对锂基膨润土与氢氧化锂进行预热，使锂基膨润土与氢氧化锂活化，然后再在步骤(2)中借助氢氧化锂的强碱性使锂基膨润土部分熔融，在熔融状态下，氢氧化锂与锂基膨润土发生离子交换，从而提高了锂基膨润土的锂含量，有助于缩短智能动态调光膜的变色响应时间。

第二方面，本申请提供一种智能动态调光膜的制备方法，采用如下的技术方案：

一种智能动态调光膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将改性锂基膨润土与去离子水按照1:2的质量比混合，搅拌后静置1-1.5h，再加入硫酸亚铁以及过氧化氢，在光照条件下反应2.5-4.5h，得到混合物1；

(2)将载体树脂加入混合物1中浸泡24-36h后取出，然后在真空度为100-150Pa的条件下蒸干载体树脂中的水分，得到混合物2；

(3)将混合物2、电致变色填料、碳纳米管、偶联剂混合，得到混合物3；

(4)使用熔融流延挤出法对混合物3进行加工，得到智能动态调光膜；

通过采用上述技术方案，在制备智能动态调光膜时，硫酸亚铁与过氧化氢在光照条件下生产羟基自由基，羟基自由基能够促进改性锂基膨润土中硅氧键的断裂与重新生成，既有助于使锂基膨润土与偶联剂结合，又能够释放一部分锂离子，提高智能动态调光膜中的游离锂离子含量，缩短智能动态调光膜的变色响应时间。

第三方面，本申请提供一种智能动态调光膜的应用，采用如下的技术方案：

一种智能动态调光膜的应用，将所述智能动态调光膜用于制造夹层玻璃，包括依次层叠设置的第一玻璃层、智能动态调光膜以及第二玻璃层，所述第一玻璃层和第二玻璃层均通过EVA胶膜与智能动态调光膜粘接。

通过采用上述技术方案，使用智能动态调光膜制得了具有电致变色效果的夹层玻璃。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请将电致变色填料与改性锂基膨润土共同添加在载体树脂中，并添加碳纳米管使载体树脂具有导电性，使得锂离子更容易被电致变色填料吸收，从而缩短了智能动态调光膜变色的响应时间，提高了智能动态调光膜的变色效率。

2、本申请中优选乙烯基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的至少一种作为偶联剂，其中乙烯基三乙氧基硅烷具有抗氧化效果，因此延缓了树脂基体氧化受损的进程，减少了电致变色填料流失的可能。

3、本申请的方法，在制备智能动态调光膜时，通过硫酸亚铁与过氧化氢在光照条件下生成羟基自由基，羟基自由基能够促进改性锂基膨润土中硅氧键的断裂与重新生成，并释放一部分锂离子，有助于提高智能动态调光膜中的游离锂离子含量，缩短智能动态调光膜的变色响应时间。

4.本申请将智能动态调光膜应用于制造夹层玻璃，制得的夹层玻璃具有电致变色效果。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

改性锂基膨润土的制备例

制备例1

本制备例中使用的原料均可通过市售获得，其中锂基膨润土选用信阳万诚新材料有限公司生产的锂基膨润土；氢氧化锂选用济宁三石生物科技有限公司生产的氢氧化锂；改性锂基膨润土按照以下步骤制备：

(1)将40kg锂基膨润土与15kg氢氧化锂混合均匀，并在180℃下预热，得到预制锂基膨润土；

(2)将预制锂基膨润土在700℃下煅烧3h，将煅烧产物冷却后粉碎至平均粒径为15μm，得到改性锂基膨润土。

制备例2-4

如表1所示，制备例2-4与制备例1的不同之处在于氢氧化锂添加量不同。

表1

实施例

本申请实施例中使用的原料均可通过市售获得，其中碳纳米管购买自东莞市乐讯自动化科技有限公司；纳米三氧化钨、纳米二氧化钛、纳米氧化铁均购买自上海肖晃纳米科技有限公司；D001型离子交换树脂、D301型离子交换树脂、D201型离子交换树脂均购买自廊坊凯欧环保科技有限公司；钛酸酯偶联剂选用东莞市鼎海塑胶化工有限公司生产的NDZ-201型钛酸酯偶联剂；乙烯基三乙氧基硅烷购买自济南汇锦川化工有限公司；异丁基三乙氧基硅烷选用杭州杰西卡化工有限公司生产的异丁基三乙氧基硅烷KH-242；去离子水购买自昆山埃诺特水处理设备有限公司；硫酸亚铁购买自江苏科伦多食品配料有限公司；过氧化氢购买自茂名市雄大化工有限公司；EVA树脂购买自湖北汉达飞生物科技有限公司；玻璃原材购买自东莞市旭鹏玻璃有限公司。

实施例1-5

以下以实施例1为例进行说明。

实施例1

实施例1中智能动态调光膜按照以下步骤制备：

(1)将制备例1中制备的改性锂基膨润土与去离子水按照1:2的质量比混合，搅拌后静置1.2h，再加入硫酸亚铁以及过氧化氢，在光照条件下反应3h，得到混合物1；

(2)将D301型离子交换树脂加入混合物1中浸泡30h后取出，然后在真空度为120Pa的条件下蒸干载体树脂中的水分，得到混合物2；

(3)将混合物2、纳米二氧化钛、碳纳米管、NDZ-201型钛酸酯偶联剂混合，得到混合物3；

(4)在流延机中混合物3进行加工，得到智能动态调光膜；

智能动态调光玻璃按照以下步骤制备：

处理玻璃原材：将玻璃原材进行切割、打磨以及清洗，得到第一玻璃层与第二玻璃层；

组装智能动态调光玻璃：

(1)在流延机中将EVA树脂加工为EVA胶膜；

(2)在第一玻璃层与第二玻璃层之间放入两层EVA胶膜，再在两层EVA胶膜之间放入智能动态调光膜，经过热压处理后得到智能动态调光玻璃。

如表2，实施例1-5的区别主要在于原料配比不同,实施例6-16的区别主要在于材料性能参数不同。

表2

实施例17

本实施例与实施例13的区别在于，选用制备例2中的改性锂基膨润土。

实施例18

本实施例与实施例17的区别在于，选用制备例3中的改性锂基膨润土。

实施例19

本实施例与实施例18的区别在于，选用制备例4中的改性锂基膨润土。

实施例20

本实施例与实施例18的不同之处在于，将D301型离子交换树脂替换为D201型离子交换树脂。

实施例21

本实施例与实施例20的不同之处在于，将D201型离子交换树脂替换为D001型离子交换树脂。

实施例22

本实施例与实施例21的不同之处在于，将NDZ-201型钛酸酯偶联剂替换为异丁基三乙氧基硅烷。

实施例23

本实施例与实施例22的不同之处在于，将异丁基三乙氧基硅烷替换为乙烯基三乙氧基硅烷。

对比例

对比例1

根据公告号CN105759530B的中国专利的制备方法制备的电致调光玻璃。

对比例2

本对比例与实施例3的不同之处在于，不包括偶联剂。

性能检测试验方法

使用可见光透射比的来表征变色效果，并以可见光透射比的变化时间表征变色响应时间，可见光透射比的检测方法参照《GB/T2680-1994_建筑玻璃可见光透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》。检测时，首先记录调光玻璃的初始可见光透射比，再在调光玻璃中通入电流，直到调光玻璃达到最小可见光透射比，并记录可见光透射比由初始值转变为最小值的时间，即为通电时的变色响应时间；达到最小可见光透射比后再切断电流，并记录可见光透射比从最小值转变为初始值所用的时间，即为断电时的变色响应时间；初始可见光透射比减去最小可见光透射比即为变色调节范围。通电时的变色响应时间、断电时的变色响应时间以及变色调节范围的检测结果见表3。

表3

结合实施例1-5和对比例1并结合表3可以看出，实施例1-5中无论是通电阶段还是断电阶段，变色响应时间均远小于对比例1，而实施例1-5与对比例1的变色调节范围接近，说明本申请的智能动态调光膜在调节亮度时具有更高的灵活度；在实施例1-5中，实施例3的变色响应时间最短。

结合实施例3和对比例2并结合表3可以看出，对比例2的变色响应时间虽然短于实施例3，但是变色调节范围却远小于实施例3，说明实施例3中变色响应时间的缩短主要是由于缺少偶联剂时变色调节范围缩小导致的。

结合实施例3、实施例6-9并结合表3可以看出，实施例7具有较短的变色响应时间，说明对于D301型离子交换树脂而言，8％交联度更有利于缩短变色响应时间。

结合实施例3、实施例6-11并结合表3可以看出，当交联度在6％-10％的范围之外时，变色响应时间均进一步延长，说明6％-10％的交联度更有利于缩短变色响应时间。

结合实施例7、实施例12-14并结合表3可以看出，实施例13具有较短的变色响应时间，说明平均粒径为25μm的改性锂基膨润土更有利于缩短变色响应时间。

结合实施例7、实施例12-16并结合表3可以看出，实施例15和实施例16的变色响应时间较长，说明当改性锂基膨润土的平均粒径在15μm-30μm的范围之外时不利于缩短变色响应时间。

结合实施例13、实施例17-19并结合表3可以看出，实施例18具有较短的变色响应时间，说明制备例3制备的改性锂基膨润土更有利于缩短变色响应时间。

结合实施例18、实施例20、实施例21并结合表3可以看出，实施例18与实施例20相比，变色响应时间和变色调节范围均较为接近，而实施例21的变色响应时间短于实施例18和实施例20，说明D001型离子交换树脂更有利于缩短变色响应时间。

结合实施例21-23并结合表3可以看出，三种偶联剂在用量相同时，对变色响应时间的影响接近，但异丁基三乙氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷相比于NDZ-201型钛酸酯偶联剂更加有助于扩大变色调节范围。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种智能动态调光膜，其特征在于，所述智能动态调光膜由以下重量份的原料制成：载体树脂50-70份、电致变色填料20-30份、改性锂基膨润土20-30份、碳纳米管12-20份、偶联剂8-16份；所述载体树脂的交联度为6%-10%；所述改性锂基膨润土的平均粒径为15-30μm；所述改性锂基膨润土按照以下步骤制备：

（1）将锂基膨润土与氢氧化锂混合均匀，并在150-200℃下预热，得到预制锂基膨润土，其中锂基膨润土与氢氧化锂的质量比为4：（1.5-2.5）；

（2）将预制锂基膨润土在650-850℃下煅烧2.5-3.5h，将煅烧产物冷却后粉碎，得到改性锂基膨润土；

所述智能动态调光膜的制备方法包括以下步骤：

（1）将改性锂基膨润土与去离子水按照1:2的质量比混合，搅拌后静置1-1.5h，再加入硫酸亚铁以及过氧化氢，在光照条件下反应2.5-4.5h，得到混合物1；

（2）将载体树脂加入混合物1中浸泡24-36h后取出，然后在真空度为100-150Pa的条件下蒸干载体树脂中的水分，得到混合物2；

（3）将混合物2、电致变色填料、碳纳米管、偶联剂混合，得到混合物3；

（4）使用熔融流延挤出法对混合物3进行加工，得到智能动态调光膜。

2.根据权利要求1所述的智能动态调光膜，其特征在于，所述电致变色填料选用纳米三氧化钨、纳米二氧化钛、纳米氧化铁中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的智能动态调光膜，其特征在于，所述载体树脂选用D001型离子交换树脂、D301型离子交换树脂、D201型离子交换树脂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的智能动态调光膜，其特征在于，所述偶联剂选用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

5.根据权利要求4所述的智能动态调光膜，其特征在于，所述偶联剂选用硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂选用乙烯基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的至少一种。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种智能动态调光膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将改性锂基膨润土与去离子水按照1:2的质量比混合，搅拌后静置1-1.5h，再加入硫酸亚铁以及过氧化氢，在光照条件下反应2.5-4.5h，得到混合物1；

（2）将载体树脂加入混合物1中浸泡24-36h后取出，然后在真空度为100-150Pa的条件下蒸干载体树脂中的水分，得到混合物2；

（3）将混合物2、电致变色填料、碳纳米管、偶联剂混合，得到混合物3；

（4）使用熔融流延挤出法对混合物3进行加工，得到智能动态调光膜。

7.一种智能动态调光膜的应用，其特征在于，将权利要求1-5任一所述的智能动态调光膜用于制造夹层玻璃，包括依次层叠设置的第一玻璃层、智能动态调光膜以及第二玻璃层，所述第一玻璃层和第二玻璃层均通过EVA胶膜与智能动态调光膜粘接。