CN113416287A - 一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物、其制备方法及应用 - Google Patents

一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物、其制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113416287A
CN113416287A CN202110672577.7A CN202110672577A CN113416287A CN 113416287 A CN113416287 A CN 113416287A CN 202110672577 A CN202110672577 A CN 202110672577A CN 113416287 A CN113416287 A CN 113416287A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
block copolymer
substance
spiropyran
sensitive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110672577.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113416287B (zh
Inventor
王海波
田婧
成煦
杜宗良
杜晓声
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN202110672577.7A priority Critical patent/CN113416287B/zh
Publication of CN113416287A publication Critical patent/CN113416287A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113416287B publication Critical patent/CN113416287B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F293/00—Macromolecular compounds obtained by polymerisation on to a macromolecule having groups capable of inducing the formation of new polymer chains bound exclusively at one or both ends of the starting macromolecule
    • C08F293/005—Macromolecular compounds obtained by polymerisation on to a macromolecule having groups capable of inducing the formation of new polymer chains bound exclusively at one or both ends of the starting macromolecule using free radical "living" or "controlled" polymerisation, e.g. using a complexing agent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52—Amides or imides
    • C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F226/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C08F226/06—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B3/00—Window sashes, door leaves, or like elements for closing wall or like openings; Layout of fixed or moving closures, e.g. windows in wall or like openings; Features of rigidly-mounted outer frames relating to the mounting of wing frames
    • E06B3/66—Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together
    • E06B3/677—Evacuating or filling the gap between the panes ; Equilibration of inside and outside pressure; Preventing condensation in the gap between the panes; Cleaning the gap between the panes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2438/00—Living radical polymerisation
    • C08F2438/01—Atom Transfer Radical Polymerization [ATRP] or reverse ATRP
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
    • E06B2009/2405—Areas of differing opacity for light transmission control

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Graft Or Block Polymers (AREA)

Abstract

本发明提供光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物、其制备方法及应用，嵌段共聚物含有用于紫外线吸收的螺吡喃部分和用于热致变色光调制的温敏性聚合物。本发明使用该前段聚合物成功构建了一种集紫外线屏蔽、太阳光调节和吸能储能功能为一体的液体热响应智能窗。当环境温度低于共聚物的最低临界溶解温度(LCST)时，该共聚物分散溶解在水中，透明度高，具有较高太阳光透过率，冬季可以给房间供热。当环境温度上升到LCST以上时，共聚物中的水分子被挤出，收缩的纳米粒子引起光散射。无论环境温度如何，只要太阳光中的紫外线达到一定强度，共聚物就会通过螺吡喃的光异构化过程吸收紫外线。

Description

一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及太阳光调节智能窗材料技术领域，具体是一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物、其制备方法及应用。
背景技术
近年来，随着工业化、城市化、现代化的发展以及人口的增长，世界范围内的能源消耗迅速增加。据统计，在全球能源消耗中，建筑能耗占总能耗的比例大约为40％，超过了工业和交通领域。窗户作为建筑物构造中最主要的透明构件，是建筑物室内外连通的主要通道，窗户的隔热保温质量直接影响着建筑物的保温隔热质量。而基于建筑热工学的角度考虑，窗户可以说是整个建筑物外围结构中最薄弱的部位，其热传递的方向与所期望的相反。有研究表明，人们采用采暖、通风和空调等来提供人体舒适温度所消耗的能耗占建筑能耗的50％以上。因此，提高窗户的能源效率和降低能源消耗在建筑能源的使用中发挥着越来越重要的作用。
传统的窗户节能方式主要是通过控制窗户缝隙的空气渗透量来提高窗户的气密性进而增强窗户节能目的。但是，受空气干湿度变化的影响，框扇材料和玻璃等很容易发生变形，进而影响原本的密封效果。密封件虽然能够应对解决密封料变形的问题，且比较方便，但是不可忽视的是其密封作用不完全可靠。因此，只是单方面考虑密封料是否完全精确封闭或者是仅仅使用密封条的方法进行密封，效果都不会很理想。此外，通过增加玻璃的层数(如双层中空玻璃)也可在一定程度上提高窗户的隔热保温作用。但该种结构的窗户造价高及隔热保温效果有限。
智能窗可以根据天气状况动态、可逆地调节进入建筑物的太阳辐射量，完美解决了传统玻璃窗户受限于其静态和对动态气候的不适应性为提高节能效率提供了一个很有前景的解决方案。智能窗可根据环境温度的变化调整它们的透明度和隔热性能，即在某种外界条件的刺激下当环境温度达到某一值(相转变温度点)时透明的玻璃自动变成有色或白色的不透明状态，阻止太阳光穿透玻璃达到隔热的作用；当外界温度低于相转温度点时玻璃自动变回无色透明，该过程是一动态、可逆的智能转变过程。
传统的热致变色智能窗仅仅只是通过材料相变后的反射和散射来阻挡部分紫外线。在温度较低、紫外线较强的环境中，由于温度不足以引起材料的相变，窗户无法对紫外线进行调制。但是，人体过度暴露在紫外线下，会因光化学反应对人的眼睛、皮肤及免疫系统等造成损害。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，将功能化的螺吡喃单体与温敏性单体共聚，合成出了一种具有光和热双重刺激响应性材料，并将其分散在水溶液中构建出具有紫外屏蔽和太阳光调节能力的光、热致变色智能窗。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种嵌段共聚物,包括光致变色衍生物、温敏性单体或温敏性聚合物或其衍生物。所述光致变色衍生物选用螺吡喃、俘精酸酐、偶氮苯和席夫碱中的一种。所述温敏性单体选自N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(DEAAm)或N-乙烯基己内酰胺(VCL)。嵌段共聚物包括用于紫外线吸收的螺吡喃衍生物部分和用于热致变色光调制的温敏性聚合物部分，将该两亲性嵌段共聚物纳米粒子分散在水中，富含水的环境还能起到储能层的作用，使智能窗具有额外的吸收和储存能量的功能。当环境温度低于共聚物的最低临界溶解温度(LCST)时，该共聚物分散溶解在水中，透明度高，具有较高太阳光透过率，冬季可以给房间供热。当环境温度上升到LCST以上时，共聚物中的水分子被挤出，收缩的纳米粒子引起光散射。无论环境温度如何，只要太阳光中的紫外线达到一定强度，共聚物就会通过螺吡喃的光异构过程吸收紫外线。
进一步来说，所述两亲性嵌段共聚物纳米粒子温敏性聚合物选用羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚N-乙烯基己内酰胺(PVCL)、聚N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(PDEAAm)中的一种或多种。
进一步来说，所述光致变色衍生物与温敏性单体或温敏性聚合物或其衍生物的质量份数比为7:93。
一种嵌段共聚物的制备方法：将光致变色衍生物与温敏性单体或温敏性聚合物或其衍生物共聚或共混。
所述光致变色衍生物选用螺吡喃，所述螺吡喃选用聚合单体甲基螺吡喃酯(SPMA)，所述温敏性单体选用N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(DEAAm)；嵌段共聚物的制备方法包括如下步骤：
S1.将三甲基硅乙炔、正丁基锂和二苯甲酮在无水无氧冰水浴条件下溶解于四氢呋喃(THF)中得到物质a；
S2.将物质a溶于KOH水溶液中萃取蒸馏后得物质b；
S3.将2-羟基-5-硝基苯甲醛与物质b溶于无水乙醇，惰性气体氛围保护下加热回流，重结晶后得产物SPOH，再将SPOH与Et3N溶于CH2Cl2中，惰性气体氛围保护下加入甲基丙烯酰氯析法提纯得到产物螺吡喃选用聚合单体甲基螺吡喃酯(SPMA)；
S4.将温敏性单体N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(DEAAm)与合成的螺吡喃衍生物(SPMA)通过自由基聚共聚法合成了嵌段共聚物。
所述光致变色衍生物选用螺吡喃，所述螺吡喃选用聚合单体萘酚吡喃，所述温敏性单体选用N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(DEAAm)或N-乙烯基己内酰胺(VCL)；嵌段共聚物的制备方法包括如下步骤：
S1.将三甲基硅乙炔、正丁基锂和二苯甲酮在无水无氧冰水浴条件下溶解于四氢呋喃(THF)中，反应结束后提纯得到物质c；
S2.将2,6-二羟基萘和无水碳酸钾溶于DMF中，室温下反应后缓慢滴加2-溴乙醇的DMF溶液，升温反应后，提纯得到物质d；
S3.将物质c与物质d溶于二氯甲烷，加入对甲基苯磺酸，在氮气保护下室温反应，提纯得到物质e；
S4.将物质e溶于CH2Cl2，加入三乙胺，在氮气保护和冰水浴中加入丙烯酰氯，室温下反应，提纯得到聚合单体萘酚吡喃。
S5.将温敏性单体选用N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(DEAAm)或N-乙烯基己内酰胺(VCL)和聚合单体萘酚吡喃溶于DMF中，在引发剂作用下反应，然后提纯得到嵌段共聚物。
该嵌段共聚物的应用，其特征在于：将嵌段共聚物制备成质量分数为5％的水分散液，然后将其夹在两个干净玻片之间用于构建出夹层玻璃智能窗。
本发明的有益效果是：
1、本发明成功构建了具有紫外线屏蔽和太阳光调节的光、热致变色智能窗材料。通过两亲性嵌段共聚物纳米粒子中的螺吡喃衍生物实现智能窗的紫外屏蔽效果，通过共聚物中的温敏部分实现智能窗的太阳光调节，通过智能窗中的水层实现智能窗的储能目的。
2、本发明中共聚物的LCST有所降低为28℃左右，满足人体的舒适温度。
3、本发明构建的智能窗具有较高的太阳光调节能力，ΔTsol高达89％，循环耐久性好且构建方法简单，成本低，具有良好的应用前景和广阔的发展空间。
附图说明
图1为聚合物样品在溶胀状态下的DSC曲线图；
图2为DI水和共聚物分散液的热容随温度的变化曲线图；
图3为DI水和共聚物分散液的导热系数随温度的变化曲线图；
图4为紫外线照射前后不同螺吡喃衍生物含量共聚物样品的UV-Vis-NIR透射光谱图；
图5为20℃和40℃时不同螺吡喃衍生物含量共聚物样品的UV-Vis-NIR透射光谱图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物的制备方法及用途，包括以下步骤：
1、聚合单体甲基螺吡喃酯(SPMA)的制备
称取2.61g 2,3,3-三甲基-3H吲哚和2.46g 2-溴乙醇溶解在20mL乙腈中，氮气氛围保护下于80℃下加热回流反应24h后重结晶产物，即物质a。再将其溶于50mL浓度为0.32mol·L-1的KOH水溶液中，室温搅拌1h，萃取蒸馏后得产物，为物质b。将3.29g的2-羟基-5-硝基苯甲醛与产物物质b溶于20mL无水乙醇中，氮气氛围保护下于80℃下加热回流3h，反应结束后重结晶后得产物SPOH。再将SPOH与5mL的Et3N溶于15mL干燥的CH2C12中，氮气氛围保护下于冰水浴条件下加入2.06g的甲基丙烯酰氯，室温搅拌10h后用硅胶柱层析法提纯得到产物SPMA。
2、无规嵌段共聚物的合成
选择温敏性单体N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(DEAAm)与合成的螺吡喃衍生物(SPMA)通过自由基聚共聚法合成了两性嵌段共聚物。将1.27g DEAAm和计算量的SPMA(占DEAAm质量的0％,1％,3％,5％,7％),溶于10g DMF中，在偶氮二异丁腈(AIBN)的引发下于70℃下反应15h，反应完后提纯得到嵌段共聚物。
3、智能窗的制备
将嵌段共聚物制备成5％的水分散液，将其夹在两个干净玻片之间构建出夹层玻璃智能窗。
实施例2
一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物的制备方法及用途，包括以下步骤：
1、聚合单体甲基螺吡喃酯(SPMA)的制备
称取2.61g 2，3,3-三甲基-3H吲哚和2.46g2-溴乙醇溶解在20mL乙腈中，氮气氛围保护下于80℃下加热回流反应24h后重结晶产物，即物质a。再将其溶于50mL浓度为0.32mol·L-1的KOH水溶液中，室温搅拌1h，萃取蒸馏后得产物，为物质b。将3.29g的2-羟基-5-硝基苯甲醛与产物物质d溶于20mL无水乙醇中，氮气氛围保护下于80℃下加热回流3h，反应结束后重结晶后得产物SPOH。再将SPOH与5mL的Et3N溶于15mL干燥的CH2Cl2中，氮气氛围保护下于冰水浴条件下加入2.06g的甲基丙烯酰氯，室温搅拌10h后用硅胶柱层析法提纯得到产物SPMA。
2、无规嵌段共聚物的合成
选择温敏性单体N-乙烯基己内酰胺(VCL)与合成的螺吡喃衍生物(SPMA)通过自由基聚共聚法合成了两性嵌段共聚物。将1.39g VCL和计算量的SPMA(占VCL质量的0％,1％,3％,5％,7％)，溶于10g DMF中，在偶氮二异丁腈(AIBN)的引发下于70℃下反应15h，反应完后提纯得到嵌段共聚物。
3、智能窗的制备
将嵌段共聚物制备成5％的水分散液，将其夹在两个干净玻片之间构建出夹层玻璃智能窗。
实施例3
一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物的制备方法及用途，包括以下步骤：
1、聚合单体萘酚吡喃的制备
将7.5mL三甲基硅乙炔、20mL正丁基锂和9.1g二苯甲酮在无水无氧冰水浴条件下溶解于50mL四氢呋喃(THF)中，反应结束后提纯得到产物，即物质c。将20g 2,6-二羟基萘和24.3g无水碳酸钾溶于200mL的DMF中，室温下反应1h后缓慢滴加15.6g 2-溴乙醇的DMF溶液，升温至85℃，反应48h后，提纯得到产物，即物质d。将合成出的物质c与物质d溶于40mL二氯甲烷，加入0.5g对甲基苯磺酸，在氮气保护下室温反应48h，提纯得到产物，即物质e。将合成的物质e溶于30mLCH2Cl2，加入7.5mL的三乙胺，在氮气保护和冰水浴中加入4.80g的丙烯酰氯，室温下反应24h，提纯得到产物，即产物萘酚吡喃。
2、无规嵌段共聚物的合成
选择温敏性单体N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(DEAAm)与合成的萘酚吡喃通过自由基聚共聚法合成了两性嵌段共聚物。将1.27g DEAAm和计算量的SPMA(占DEAAm质量的0％，1％，3％，5％,7％),溶于10g DMF中，在偶氮二异丁腈(AIBN)的引发下于70℃下反应15h，反应完后提纯得到嵌段共聚物。
3、智能窗的制备
将嵌段共聚物制备成5％的水分散液，将其夹在两个干净玻片之间构建出夹层玻璃智能窗。
实施例4
一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物的制备方法及用途，包括以下步骤：
1、聚合单体萘酚吡喃的制备
将7.5mL三甲基硅乙炔、20mL正丁基锂和9.1g二苯甲酮在无水无氧冰水浴条件下溶解于50mL四氢呋喃(THF)中，反应结束后提纯得到产物，即物质c。将20g 2,6-二羟基萘和24.3g无水碳酸钾溶于200mL的DMF中，室温下反应1h后缓慢滴加15.6g 2-溴乙醇的DMF溶液，升温至85℃，反应48h后，提纯得到产物，即物质d。将合成出的物质c与物质d溶于40mL二氯甲烷，加入0.5g对甲基苯磺酸，在氮气保护下室温反应48h，提纯得到产物，即物质e。将合成的物质e溶于30mLCH2Cl2，加入7.5mL的三乙胺，在氮气保护和冰水浴中加入4.80g的丙烯酰氯，室温下反应24h，提纯得到产物，即产物萘酚吡喃。
2、无规嵌段共聚物的合成
选择温敏性单体N-乙烯基己内酰胺(VCL)与合成的萘酚吡喃通过自由基聚共聚法合成了两性嵌段共聚物。将1.39g VCL和计算量的SPMA(占VCL质量的0％,1％,3％,5％,7％)，溶于10g DMF中，在偶氮二异丁腈(AIBN)的引发下于70℃下反应15h，反应完后提纯得到嵌段共聚物。
3、智能窗的制备
将嵌段共聚物制备成5％的水分散液，将其夹在两个干净玻片之间构建出夹层玻璃智能窗。
实施例的性质检测
对本发明上述实施例制备得到的近红外自修复防腐涂层材料进行下述性质检测：
1、对本发明上述实施例制备得到的紫外线屏蔽和太阳光调节的光、热致变色智能窗材料进行下述性质检测：
不同螺吡喃衍生物共聚量的共聚物的LCST
图1报告了不同螺吡喃衍生物共聚量的共聚物的LCST曲线，从图1可以看出随着螺吡喃衍生物共聚量的增加，共聚物的LCST逐渐降低。当共聚量为7％时。共聚物的LCST降低到28℃左右，满足人体的舒适温度。
2、智能窗的吸热储能测试
(1)图2报告了去离子水(DI)和共聚物分散液的恒压比热容(Cp)随温度的变化曲线。由图2可知，共聚物分散液显示出比DI水更高的Cp，且较高的Cp使其可以储存更多的热能，是一种具有调温控温功能的储能材料。
(2)图3报告了去离子水(DI)和共聚物分散液的导热系数与温度的关系图。由图3可知，在20～55℃的温度范围内，所有样品的导热系数都很稳定，且聚合物的导热系数都稍高于DI水。由于较低的热导率会降低能量的储存和释放速率，进一步降低材料的储能效能，而聚合物分散液的高热导率使窗户的温度分布更均匀，使窗户具有更高的储能效能。
3、智能窗的紫外屏蔽
图4报告了不同螺吡喃衍生物的共聚物在200～2500nm光谱范围内经紫外线照射前后的紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)透射光谱。从图4可以看出，随着螺吡喃衍生物共聚量的增加，紫外照射前共聚物分散液在220～440nm区域的透光率急剧下降，且下降程度与螺吡喃衍的共聚量成正比。
4、智能窗的太阳光调节能力
图5报告了所有样品在20℃和40℃时测得的UV-Vis-NIR透射光谱(200～2500nm)，窗户夹层厚度为0.1mm。由图5可知，所有智能窗户在20℃时都呈现出透明的高透光率状态，而随着温度上升到40℃，所有智能窗户的透过率在整个波长范围内急剧下降。这是因为当温度上升到温敏性聚合物的LCST以上时，聚合链发生了氢键诱导的亲水性向疏水性转变，导致水凝胶完全不透明，从而能够阻挡太阳光。
以上结果说明，本发明成功构建了具有紫外线屏蔽和太阳光调节的光、热致变色智能窗材料。
上述实例中，所述的紫外屏蔽的物质除了可以选择螺吡喃衍生物外，还可以选择其它光致变色带双键的单体，如俘精酸酐类化合物和螺噁嗪类衍生物。所述的太阳光调节物质除了热致变色的温敏性单体外，还可以选择其它羟丙基纤维素或聚羟丙基甲基纤维素等多种温敏性聚合物。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物,其特征在于：包括光致变色衍生物、温敏性单体或温敏性聚合物或其衍生物。
2.根据权利要求1所述的一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物，其特征在于：所述光致变色衍生物选用螺吡喃、俘精酸酐、偶氮苯和席夫碱中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物，其特征在于：所述温敏性单体选自N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(DEAAm)或N-乙烯基己内酰胺(VCL)。
4.根据权利要求1所述的一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物，其特征在于：所述温敏性聚合物选用羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚N-乙烯基己内酰胺(PVCL)、聚N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(PDEAAm)中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物，其特征在于：所述光致变色衍生物与温敏性单体或温敏性聚合物或其衍生物的质量份数比为7:93。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物的制备方法，其特征在于：将光致变色衍生物与温敏性单体或温敏性聚合物或其衍生物共聚或共混。
7.根据权利要求6所述的一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物的制备方法，其特征在于：所述光致变色衍生物选用螺吡喃，所述螺吡喃选用聚合单体甲基螺吡喃酯(SPMA)，所述温敏性单体选用N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(DEAAm)；包括如下步骤：
S1.将三甲基硅乙炔、正丁基锂和二苯甲酮在无水无氧冰水浴条件下溶解于四氢呋喃(THF)中得到物质a；
S2.将物质a溶于KOH水溶液中萃取蒸馏后得物质b；
S3.将2-羟基-5-硝基苯甲醛与物质b溶于无水乙醇，惰性气体氛围保护下加热回流，重结晶后得产物SPOH，再将SPOH与Et3N溶于CH2C12中，惰性气体氛围保护下加入甲基丙烯酰氯析法提纯得到产物螺吡喃选用聚合单体甲基螺吡喃酯(SPMA)；
S4.将温敏性单体N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(DEAAm)与合成的螺吡喃衍生物(SPMA)通过自由基聚共聚法合成了嵌段共聚物。
8.根据权利要求6所述的一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物的制备方法，其特征在于：所述光致变色衍生物选用螺吡喃，所述螺吡喃选用聚合单体萘酚吡喃，所述温敏性单体选用N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(DEAAm)或N-乙烯基己内酰胺(VCL)；包括如下步骤：
S1.将三甲基硅乙炔、正丁基锂和二苯甲酮在无水无氧冰水浴条件下溶解于四氢呋喃(THF)中，反应结束后提纯得到物质c；
S2.将2,6-二羟基萘和无水碳酸钾溶于DMF中，室温下反应后缓慢滴加2-溴乙醇的DMF溶液，升温反应后，提纯得到物质d；
S3.将物质c与物质d溶于二氯甲烷，加入对甲基苯磺酸，在氮气保护下室温反应，提纯得到物质e；
S4.将物质e溶于CH2Cl2，加入三乙胺，在氮气保护和冰水浴中加入丙烯酰氯，室温下反应，提纯得到聚合单体萘酚吡喃。
S5.将温敏性单体选用N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(DEAAm)或N-乙烯基己内酰胺(VCL)和聚合单体萘酚吡喃溶于DMF中，在引发剂作用下反应，然后提纯得到嵌段共聚物。
9.根据权利要求1至5中任一项所述光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物的应用，其特征在于：将嵌段共聚物制备成质量分数为5％的水分散液，然后将其夹在两个干净玻片之间用于构建出夹层玻璃智能窗。
CN202110672577.7A 2021-06-17 2021-06-17 一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物、其制备方法及应用 Active CN113416287B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110672577.7A CN113416287B (zh) 2021-06-17 2021-06-17 一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物、其制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110672577.7A CN113416287B (zh) 2021-06-17 2021-06-17 一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物、其制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113416287A true CN113416287A (zh) 2021-09-21
CN113416287B CN113416287B (zh) 2023-06-27

Family

ID=77788804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110672577.7A Active CN113416287B (zh) 2021-06-17 2021-06-17 一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物、其制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113416287B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008179747A (ja) * 2007-01-26 2008-08-07 Arakawa Chem Ind Co Ltd 感温性材料用樹脂組成物および感温性光透過制御材料
CN102633960A (zh) * 2012-04-01 2012-08-15 华东理工大学 多重环境响应性三嵌段共聚物及其制备方法和应用
CN102816340A (zh) * 2012-09-06 2012-12-12 北京理工大学 基于温敏聚合物水凝胶的智能调光膜及其制备方法
CN103910838A (zh) * 2014-01-27 2014-07-09 浙江大学 含螺吡喃基团的两嵌段共聚物的制备方法及用途
CN106589410A (zh) * 2016-11-28 2017-04-26 武汉大学 一种光热双重响应高强度水凝胶及其制备方法和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008179747A (ja) * 2007-01-26 2008-08-07 Arakawa Chem Ind Co Ltd 感温性材料用樹脂組成物および感温性光透過制御材料
CN102633960A (zh) * 2012-04-01 2012-08-15 华东理工大学 多重环境响应性三嵌段共聚物及其制备方法和应用
CN102816340A (zh) * 2012-09-06 2012-12-12 北京理工大学 基于温敏聚合物水凝胶的智能调光膜及其制备方法
CN103910838A (zh) * 2014-01-27 2014-07-09 浙江大学 含螺吡喃基团的两嵌段共聚物的制备方法及用途
CN106589410A (zh) * 2016-11-28 2017-04-26 武汉大学 一种光热双重响应高强度水凝胶及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TIANG JING，等: "Sunlight-induced photo-thermochromic smart window based spiropyran-functionalized copolymer for UV shielding and sunlight management", 《PROGRESS IN ORGANIC COATINGS》 *
李广庆，等: "温敏性非对称偶氮聚合物的合成及性质", 《印染助剂》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113416287B (zh) 2023-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20150101121A (ko) 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 포함하는 스마트 윈도우 및 이의 제조방법
US9063358B2 (en) Smart photochromic chiral nematic liquid crystal window
Chou et al. Switchable transparency of dual-controlled smart glass prepared with hydrogel-containing graphene oxide for energy efficiency
CN104086928B (zh) 一种智能调光玻璃用的组合物
KR102079690B1 (ko) 투광도의 조절이 가능한 온도감응성 수화겔의 제조방법, 이에 의한 수화겔 및 이를 포함한 스마트 패널
Resch et al. Thermotropic layers for flat-plate collectors—A review of various concepts for overheating protection with polymeric materials
Lee et al. Stepwise activation of switchable glazing by compositional gradient of copolymers
CN106632848B (zh) 一种自修复能力强和导电率高水凝胶的制备方法
CN102633960A (zh) 多重环境响应性三嵌段共聚物及其制备方法和应用
CN102248722B (zh) 一种基于水凝胶体系纳米级相变的温度敏感型智能玻璃
Kim et al. Optically bistable switching glazing achieved by memory function of grafted hydrogels
CN112279945B (zh) 一种感温变色水凝胶型智能视窗及其制备方法、产品与应用
Park et al. Preparation and Properties of Thermoresponsive P (N‐Isopropylacrylamide‐co‐butylacrylate) Hydrogel Materials for Smart Windows
CN111752013B (zh) 一种多孔聚合物光学薄膜器件及其制备方法
CN101382717B (zh) 一种智能化屏蔽入射光的薄膜材料的制备方法
CN113416287B (zh) 一种光、热致变色智能窗用的嵌段共聚物、其制备方法及应用
JPS58179256A (ja) 親水性−疎水性熱可逆型材料
Zheng et al. Energy-saving thermochromic smart shield based on double network hydrogel with intelligent light management and robust mechanical property
CN110857889A (zh) 一种温感智能复合光学玻璃
CN101186674A (zh) 紫外光-温度响应型高分子水凝胶
JPS58206655A (ja) 親水性−疎水性熱可逆型材料
Szilágyi et al. Thermotropic polymer gels: smart gel glass
CN101851461B (zh) 一种双组份水性聚氨酯玻璃透明隔热涂料
CN108084618B (zh) 一种基于改性pvb的聚合物电解质及其制备工艺与应用
CN114853931A (zh) 通过霍夫梅斯特效应调节响应温度的温敏智能窗制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant