RU2449331C2 - Thermochromic device (versions) - Google Patents
Thermochromic device (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2449331C2 RU2449331C2 RU2010122696/28A RU2010122696A RU2449331C2 RU 2449331 C2 RU2449331 C2 RU 2449331C2 RU 2010122696/28 A RU2010122696/28 A RU 2010122696/28A RU 2010122696 A RU2010122696 A RU 2010122696A RU 2449331 C2 RU2449331 C2 RU 2449331C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermochromic
- layer
- light
- thermochromic material
- examples
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам или приспособлениям для управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света, исходящего от независимого источника, а именно к устройствам регулирования освещенности и энергосбережения, и предназначено, в частности, для остекления зданий, что включает остекление окон, наружные и внутренние стеновые панели, перегородки, двери, элементы интерьера.The invention relates to devices or devices for controlling the intensity, color, phase, polarization or direction of light emanating from an independent source, namely, devices for regulating lighting and energy conservation, and is intended, in particular, for the glazing of buildings, which includes glazing of windows, exterior and internal wall panels, partitions, doors, interior elements.
Под термохромным светорегулирующим устройством понимается устройство, в котором наблюдается термохромный эффект и которое включает прозрачную пленку, либо пластину, либо слой жидкости или геля, которые могут быть заключены между пластинами стекла, либо прозрачного пластика, либо нанесены на них, либо использованы непосредственно.By a thermochromic light control device is meant a device in which a thermochromic effect is observed and which includes a transparent film, or a plate, or a layer of liquid or gel, which can be enclosed between glass plates, or transparent plastic, either applied to them or used directly.
Под термохромным эффектом понимается обратимое изменение пропускания устройства в ультрафиолетовой (УФ) и/или видимой, и/или инфракрасной (ИК) областях спектра, происходящее вследствие изменения температуры устройства.Under the thermochromic effect is meant a reversible change in the transmission of the device in the ultraviolet (UV) and / or visible and / or infrared (IR) spectral regions due to a change in the temperature of the device.
Под термохромной эффективностью (ТХЭ) материала и/или устройства понимается отношение оптической плотности на данной длине волны оптического излучения при высокой (60-85°C) температуре к оптической плотности на той же длине волны при низкой (20-25°C) температуре термохромного материала.Thermochromic efficiency (TCE) of a material and / or device refers to the ratio of optical density at a given wavelength of optical radiation at high (60-85 ° C) temperature to optical density at the same wavelength at low (20-25 ° C) thermochromic temperature material.
Основные принципы работы существующих устройств для регулирования освещенности за счет изменения их светопропускания включают изменение пропускания вследствие увеличения либо уменьшения рассеяния, отражения или поглощения света под действием электрического поля, оптического излучения, изменения газовой среды или температуры внутри устройства.The basic principles of operation of existing devices for controlling illumination by changing their light transmission include a change in transmittance due to an increase or decrease in scattering, reflection or absorption of light under the influence of an electric field, optical radiation, a change in the gas environment or temperature inside the device.
Из уровня техники известны устройства, управляемые электрическим полем, которые представляют собой два листа стекла, между которыми помещена многослойная полимерная композиция (триплекс), способная под воздействием электрического поля изменять светопропускание за счет поглощения или рассеяния света. Общими недостатками электроуправляемых устройств являются малое количество циклов срабатывания без ухудшения эксплуатационных параметров устройства, недостаточная однородность окрашивания и высокая стоимость, что препятствует их использованию для наружного остекления, необходимость в использовании внешнего источника питания и систем регулирования, что усложняет конструкцию, снижает ее надежность и связано с энергопотреблением. (Lee, E.S. et al. "Advancement of Electro-chromic Windows". Lawrence Berkeley National Laboratory. California Energy Commission, Public Interest Energy Research (PIER) Program 2006, Final Report 500-01-023. LBNL-59821, 101 p.)The prior art devices controlled by an electric field, which are two sheets of glass, between which a multilayer polymer composition (triplex) is placed, capable of changing the light transmission due to the absorption or scattering of light under the influence of an electric field. Common disadvantages of electrically controlled devices are the small number of operation cycles without compromising the operational parameters of the device, insufficient uniformity of coloring and high cost, which prevents their use for external glazing, the need to use an external power source and control systems, which complicates the design, reduces its reliability and is associated with power consumption. (Lee, ES et al. "Advancement of Electro-chromic Windows." Lawrence Berkeley National Laboratory. California Energy Commission, Public Interest Energy Research (PIER) Program 2006, Final Report 500-01-023. LBNL-59821 , 101 p. )
Известны фотохромные стекла, содержащие галогениды меди или серебра, которые уменьшают пропускание в видимой области спектра под действием ультрафиолетового излучения. Однако такие стекла дороги, а технология производства крупноформатного листового стекла для остекления зданий не разработана. (Барачевский В.А., Лашков Г.И., В.А.Цехомский «Фотохромизм и его применение» М.: Химия, 1977, 300 с.). Попытки найти новые решения, используя стекла, содержащие оксиды титана и вольфрама, пока не привели к появлению нового коммерческого продукта (Anneke Georg, Andreas Georg, "Photochromic Window System for Use in Building Envelopes", University of Freiburg Fraunhoffer Institute. Annual Report 2004. p.18).Photochromic glasses are known that contain copper or silver halides, which reduce transmission in the visible region of the spectrum under the influence of ultraviolet radiation. However, such glasses are expensive, and the technology for the production of large-format sheet glass for glazing buildings has not been developed. (Barachevsky V.A., Lashkov G.I., V.A. Tsekhomsky "Photochromism and its application" M .: Chemistry, 1977, 300 p.). Attempts to find new solutions using glasses containing titanium and tungsten oxides have not yet led to the advent of a new commercial product (Anneke Georg, Andreas Georg, "Photochromic Window System for Use in Building Envelopes", University of Freiburg Fraunhoffer Institute. Annual Report 2004. p. 18).
Изменение газовой среды в газохромном двухкамерном стеклопакете за счет введения газообразного водорода в пространство между стеклами приводит к изменению светопропускания, что проявляется в появлении либо исчезновении окраски внутренней поверхности внешнего стекла, покрытого тонким слоем оксида вольфрама, обесцвечивание стекла достигается введением газообразного кислорода в межстекольное пространство. Недостатком такого решения является сложность конструкции и необходимость использования взрыво- и пожароопасных смесей газов. (J.Carmodi et al. "Window Systems For High Performance Commercial Buildings". Lawrence Berkeley National Laboratory California Energy Commission, Public Interest Energy Research (PIER) Program 2006, CEC-500-2006-052-AT14).A change in the gaseous medium in a gas-chrome double-chamber double-glazed window due to the introduction of gaseous hydrogen into the space between the glasses leads to a change in light transmission, which is manifested in the appearance or disappearance of the color of the inner surface of the outer glass coated with a thin layer of tungsten oxide, the discoloration of the glass is achieved by introducing gaseous oxygen into the inter-glass space. The disadvantage of this solution is the design complexity and the need to use explosive and fire hazardous gas mixtures. (J.Carmodi et al. “Window Systems For High Performance Commercial Buildings.” Lawrence Berkeley National Laboratory California Energy Commission, Public Interest Energy Research (PIER) Program 2006, CEC-500-2006-052-AT14).
Из уровня техники известны светорегулирующие устройства, управляемые температурой, которые представляют собой два листа стекла, между которыми помещен слой жидкости или геля, светопропускание которого изменяется с температурой вследствие изменения с температурой рассеяния света в слое.Temperature-controlled light-regulating devices are known from the prior art, which are two sheets of glass between which a layer of liquid or gel is placed, the light transmission of which varies with temperature due to a change in the temperature of light scattering in the layer.
В патенте США №7306833, опубликованном 11.12.2007 по рубрикам МПК E06B 3/00, E04C 2/54, G02F 1/15, G09G 3/19, описано устройство, состоящее из двух листов стекла, пространство между которыми заполнено слоем гидрогеля, состоящего на 30% из поливинилкапролактама и на 70% из воды. При температуре, превышающей 25-30°C, светопропускание устройства уменьшается с 80% до 10-15%, что вызвано увеличением рассеяния света в слое гидрогеля. Поскольку изменение светопропускания не связано с изменением поглощения света, устройство не обладает термохромными свойствами.In US patent No. 7306833, published December 11, 2007 under the headings of IPC
Из уровня техники известны термохромные материалы на основе оксидов переходных металлов (V, Fe, Ni, W, Ti, Nb), испытывающих при «критической» температуре Tc переход из полупроводящего в проводящее состояние (переход Мотта). Их основной недостаток заключается в том, что для большинства таких материалов Tc>70°C, что делает невозможным их применение для остекления зданий. Для снижения Tc оксиды переходных металлов, в особенности оксид ванадия, модифицируют, вводя в них примеси (F, W, Mo, Nb и Re, Sn и SiO2).Thermochromic materials based on transition metal oxides (V, Fe, Ni, W, Ti, Nb) are known in the prior art. They undergo a transition from a semiconducting to a conducting state (Mott transition) at a “critical” temperature T c . Their main disadvantage is that for most of these materials T c > 70 ° C, which makes them impossible to use for glazing buildings. To reduce T c, transition metal oxides, in particular vanadium oxide, are modified by introducing impurities (F, W, Mo, Nb and Re, Sn and SiO 2 ) into them.
В патенте США №4401690, опубликованном 30.08.1983 по рубрикам МПК B05D 5/12; B05D 3/02; C03C 17/245, описан способ изготовления термохромного устройства, включающего стеклянную подложку и покрытие, содержащее оксид ванадия, отличающееся сниженной Tc, что достигается введением в пленку из оксида ванадия соединений металлов, имеющих больший ионный радиус, чем ионный радиус ванадия, таких как вольфрам, ниобий, тантал, иридий или молибден. Однако снижение Tc приводит к уменьшению термохромной эффективности материала, поскольку изменение пропускания света в рабочем диапазоне температур происходит при неприемлемо низком уровне начального светопропускания слоя (40-50%).In US patent No. 4401690, published 30.08.1983 under the headings of the IPC
Недостатками способа получения термохромного стекла со слоем из оксида ванадия являются необходимость использования высоких (350-650°C) температур, вакуума и антиоксидантов для достижения необходимой стехиометрии V:O, а также сложность получения слоя на большой площади. [Moon-Hee Lee. "Thermochromic Glazing of Windows with Better Luminous Solar Transmittance " Solar Energy Materials & Solar Cells. 2002, v.71, p.537-540].The disadvantages of the method for producing thermochromic glass with a layer of vanadium oxide are the need to use high (350-650 ° C) temperatures, vacuum and antioxidants to achieve the necessary V: O stoichiometry, as well as the difficulty of obtaining a layer over a large area. [Moon-Hee Lee. "Thermochromic Glazing of Windows with Better Luminous Solar Transmittance" Solar Energy Materials & Solar Cells. 2002, v. 71, p. 537-540].
В патенте США №4741859, опубликованном 03.05.1988 по рубрикам МПК G02F 1/13, C09K 19/30, 19/12, описан способ изготовления жидкокристаллического материала, демонстрирующего термохромные свойства во всем видимом спектральном диапазоне. Термохромные свойства этого материала проявляются в селективном отражении падающего белого света, создающим яркие радужные цвета, изменяющиеся при изменении температуры. Материал предназначен, в частности, для использования в качестве чернил. Недостаток: недостаточно большой температурный диапазон срабатывания (-5÷+50°C) материала препятствует его использованию в качестве термохромного слоя при остеклении зданий.In US patent No. 4741859, published 03.05.1988 under the headings of IPC
Известны термохромные полимерные гели, в том числе содержащие комплексы переходных металлов. Эти гели, в частности, на основе системы полиэфир - оксид этилена - карбоксивинил оказались несветостойкими и недолговечными в эксплуатации из-за усталостных явлений. Лучшие образцы термохромных органических соединений и их композиций оказалось невозможным использовать для адаптивного остекления из-за высоких рабочих температур (около 80°C) и недостаточной температуростойкости. [С.М.Lampert "Chromogenic Switchable Glazing: Towards the Development of the Smart Window", Proceedings of Window Innovations, 1995. Toronto, Canada, June 5-6, 1995].Thermochromic polymer gels are known, including those containing transition metal complexes. These gels, in particular, based on the polyester - ethylene oxide - carboxyvinyl system, turned out to be non-lightfast and short-lived in operation due to fatigue phenomena. It turned out to be impossible to use the best samples of thermochromic organic compounds and their compositions for adaptive glazing due to high working temperatures (about 80 ° C) and insufficient temperature resistance. [S. M. Lampert "Chromogenic Switchable Glazing: Towards the Development of the Smart Window", Proceedings of Window Innovations, 1995. Toronto, Canada, June 5-6, 1995].
В патенте США №3192101, опубликованном 29.06.1965 по рубрике МПК B32B 17/10, описан способ изготовления безопасного термохромного стекла, основанный на использовании пластифицированного поливинилбутираля, содержащего аминокомплексы кобальта. Недостатки: во-первых, термохромный эффект материала недостаточен для того, чтобы материал нагревался солнечным светом, и авторам изобретения приходится использовать дополнительный источник электрического нагрева, что усложняет конструкцию, во-вторых, светопропускание перестает уменьшаться при достижении температуры 50°C, в то время как температура остекления при облучении солнечным светом в летний период может достигать 70-80°C на широте Парижа.In US patent No. 3192101, published June 29, 1965 under the heading of IPC B32B 17/10, a method for manufacturing safe thermochromic glass based on the use of plasticized polyvinyl butyral containing cobalt amino complexes is described. Disadvantages: firstly, the thermochromic effect of the material is insufficient for the material to be heated by sunlight, and the inventors have to use an additional source of electric heating, which complicates the design, secondly, the light transmission ceases to decrease when the temperature reaches 50 ° C, while how the glazing temperature when exposed to sunlight in summer can reach 70-80 ° C at the latitude of Paris.
В патенте США №6446402, опубликованном 10.09.2002 по рубрикам МПК G02F 1/01 и G02F 1/23, описано термохромное устройство, которое может быть использовано для обеспечения пропускания солнечного света в здание при низкой температуре окружающей среды и поглощения солнечного излучения при высокой температуре окружающей среды.US Pat. No. 6,446,402, published September 10, 2002 under the headings of IPC
Данное термохромное устройство включает светопроницаемую подложку, термохромный материал, обратимо изменяющий светопропускание от большому к малому при повышении температуры, и материал с постоянным светопропусканием. Термохромный материал находится в подложке или в слое, нанесенном на подложку и составляющим от 0,1 до 20 мас.% подложки или слоя, причем материал с постоянным светопоглощением может быть в том же слое или в слое, отличном от слоя термохромного материала. В частности, термохромное устройство может включать слой с низкой излучательной способностью. Такая конструкция была описана нами ранее, где и показано, что она обеспечивает энергосбережение благодаря тому, что в холодное время года (зимой) термохромный слой, оптимизированный на «срабатывание» в диапазоне температур выше «комфортной» (20-25°C), остается высокопропускающим (См.: 1. O.V.Yanush, V.A.Milovidov, I.U.Halopenen "Variable transmission window for automatic regulation of lighting". Abstracts of International Symposia "Optical Thin Films on Glass", USA, Wheeling, West Virginia, October 18-21, 1998. P.37.; 2. I.Halopenen, O.Yanush, V.Milovidov "Smart laminated glasses for regulation of lighting". // Proceedings of the 6th International Conference on Architectural and Automotive Glass - Glass Processing Days. - 1999. - P.324-326.; 3. O.V.Yanush, I.U.Halopenen, T.Markova, V.A.Milovidov, S.S.Kholchansky, R.E.Arutjunjan, I.K.Maksimov, H.Kawahara "Laminated glass with variable transmission for daylight regulation" // Proceedings of the 7th International Conference on Architectural and Automotive Glass - Glass Processing Days. - 2001. - P.324-326).This thermochromic device includes a light-transmitting substrate, a thermochromic material that reversibly changes the light transmission from large to small with increasing temperature, and a material with constant light transmission. The thermochromic material is in the substrate or in a layer deposited on the substrate and comprising from 0.1 to 20 wt.% Of the substrate or layer, and the material with constant light absorption can be in the same layer or in a layer different from the layer of thermochromic material. In particular, the thermochromic device may include a low emissivity layer. We described such a design earlier, where it was shown that it provides energy saving due to the fact that in the cold season (winter) a thermochromic layer optimized for “response” in the temperature range above the “comfortable” (20-25 ° C) remains highly transmissive (See: 1. OVYanush, VAMilovidov, IU Halopenen "Variable transmission window for automatic regulation of lighting". Abstracts of International Symposia "Optical Thin Films on Glass", USA, Wheeling, West Virginia, October 18-21, 1998. P .37 .; 2. I. Halopenen, O. Yanush, V. Milovidov "Smart laminated glasses for regulation of lighting". // Proceedings of the 6 th International Conference on Architectural and Automotive Glass - Glass Processing Days. - 1999. - P.324-326 .; 3. OVYanush, IUHal openen, T. Markova, VAMilovidov, SSKholchansky, REArutjunjan, IKMaksimov, H. Kawahara "Laminated glass with variable transmission for daylight regulation" // Proceedings of the 7 th International Conference on Architectural and Automotive Glass - Glass Processing Days. - 2001 .-- P.324-326).
Недостатком устройства по патенту США №6446402 является сложность многослойной конструкции, каждый из слоев которой обеспечивает изменение светопропускания в узком диапазоне температур, а также необходимость использовать защитные покрытия для повышения светостойкости, использование дополнительных поглощающих материалов, обеспечивающих нагрев остекления солнечным светом, но приводящих к снижению начального уровня светопропускания.The disadvantage of the device according to US patent No. 6446402 is the complexity of the multilayer structure, each of the layers of which provides a change in light transmission in a narrow temperature range, as well as the need to use protective coatings to increase light resistance, the use of additional absorbing materials that provide heating of the glazing with sunlight, but lead to a decrease in the initial light transmission level.
В патенте США №7525717, опубликованном 28.04.2009 по рубрикам МПК G02F 1/01, G02F 1/00, G09G 3/34, C07F 15/04, в патенте США №7538931, опубликованном 26.05.2009 по рубрикам МПК G02F 1/01, в патенте США №7542196, опубликованном 02.06.2009 по рубрикам МПК G02F 1/01, G02F 1/15, G09G 3/34; в заявках США: WO 2008/028099, опубликованной 06.03.2008 по рубрике МПК G02B 21/02; №2008/0105851, опубликованной 08.05.2008 по рубрике МПК G01K 11/16 и №2009/0283728, опубликованной 19.11.2009 по рубрике МПК G02B 5/23, описаны термохромные устройства, характеризующиеся обратимым изменением пропускания оптического излучения при изменении температуры, что достигается посредством использования слоев из термохромных материалов с обменом лигандами.In US patent No. 7525717, published on 04/28/2009 under the headings of the IPC
Материалы включают ионы не менее чем одного переходного металла, которые испытывают термически индуцированные изменения химических связей в комплексе и/или координации лигандов вокруг иона переходного металла, что изменяет способность ионов поглощать энергию оптического излучения при изменении температуры.Materials include ions of at least one transition metal, which experience thermally induced changes in chemical bonds in the complex and / or coordination of ligands around the transition metal ion, which changes the ability of ions to absorb optical energy when temperature changes.
Эти патенты в части описания и примеров имеют идентичное содержание. По существу в них представлен хорошо известный механизм одного из распространенных видов термохромного эффекта [Sone К., Fukuda Y. Inorganic Thermochromism. Berlin: Springer-Verlag, 1987. 184 р.], заключающийся в обратимом изменении с температурой состава и/или структуры комплексов переходного металла(-ов) в термохромном материале.These patents have identical contents in the description and examples. Essentially, they present a well-known mechanism of one of the common types of thermochromic effect [Sone K., Fukuda Y. Inorganic Thermochromism. Berlin: Springer-Verlag, 1987. 184 p.], Which consists in a reversible change with temperature of the composition and / or structure of transition metal complexes (s) in a thermochromic material.
За прототип предлагаемого изобретения принят патент США №7525717 на изобретение «Многослойная термохромная система с обменом лигандами», опубликованный 28.04.2009 по индексам МПК G02F 1/01, G02F 1/00, G09G 3/34, C07F 15/04. В патенте предлагается термохромное устройство, изменяющее под воздействием температуры пропускание в видимом и/или ближнем инфракрасном диапазоне, включающее два термохромных слоя, изготовленных из полимеров, в частности поливинилбутираля, содержащих комплексы Со (II) и/или Ni (II) с концентрациями от 0,02 до 0,4 моль/кг полимера, а также галогениды, фосфины, фосфинаты, диолы, триолы и полиолы в качестве лигандов. Термохромное устройство характеризуется оптической плотностью в диапазоне длин волн оптического излучения видимой и ближней ИК областях менее 0,3 при температуре 25°C и более 0,8 при температуре 85°C. Наибольшая термохромная эффективность (отношение оптических плотностей при 60 и 25°C (D65/D25)) достигается, в основном, только при толщинах термохромного слоя более 0.8 мм.For the prototype of the present invention adopted US patent No. 7525717 for the invention of "Multilayer thermochromic system with exchange of ligands", published 04/28/2009 according to the
В прототипе и других патентах того же заявителя (патенты США 7542196, 7538931, заявка США №2009/0283728) галогениды некоторых металлов используются как источник лигандов, которые при повышении температуры должны переходить в состав комплекса переходного металла, приводя к термохромному эффекту.In the prototype and other patents of the same applicant (US patents 7542196, 7538931, US application No. 2009/0283728), some metal halides are used as a source of ligands, which, when the temperature rises, should become part of the transition metal complex, leading to a thermochromic effect.
Недостаток прототипа и других патентов того же заявителя (патенты США 7542196, 7538931, 6446402, 6084702, заявка США №2009/0283728) состоит, во-первых, в том, что используются растворители, пластификаторы и полимеры, которые в большинстве случаев являются токсичными веществами (например, наиболее часто употребляемые: концентрированные кислоты (серная, соляная, бромоводородная, иодоводородная, муравьиная), щелочи (гидроксиды натрия и калия), перекись водорода (30%), гидрид натрия, бензилхлорид, 2,2-диметоксипропан, диэтиленгликоль, диметилфталат, гексахлорацетон, 2,2'-дипиридилкетон, 2-меркапто-5-метилбензимидазол, уретаны, поли-2-винилпиридин, полистирены, полиакриламид, поливинилметиловый эфир и др. Во-вторых, в процессе изготовления термохромных слоев в качестве источника лигандов используются токсичные галогениды непереходных металлов (Zn(II), Mn(II), Cd(II)), а также фосфины, фосфинаты, цианаты, тиоцианаты и др. В-третьих, существует необходимость высокой степени обезвоживания полимерных термохромных слоев на основе поливинилбутираля, обусловленная тем, что при взаимодействии поливинилбутираля с водой образуется токсичный продукт - масляный альдегид (стр.33-34 прототипа).The disadvantage of the prototype and other patents of the same applicant (US patent 7542196, 7538931, 6446402, 6084702, US application No. 2009/0283728) consists, firstly, in the use of solvents, plasticizers and polymers, which in most cases are toxic substances (for example, the most commonly used: concentrated acids (sulfuric, hydrochloric, hydrobromic, hydroiodic, formic), alkalis (sodium and potassium hydroxides), hydrogen peroxide (30%), sodium hydride, benzyl chloride, 2,2-dimethoxypropane, diethylene glycol, dimethyl phthalate , hexachloroacetone, 2, 2'-dipyridyl ketone, 2-mercapto-5-methylbenzimidazole, urethanes, poly-2-vinylpyridine, polystyrenes, polyacrylamide, polyvinyl methyl ether and others. Secondly, in the process of manufacturing thermochromic layers, toxic transition metal halides are used as a source of ligands (Zn (II), Mn (II), Cd (II)), as well as phosphines, phosphinates, cyanates, thiocyanates, etc. Thirdly, there is a need for a high degree of dehydration of polymer thermochromic layers based on polyvinyl butyral, due to the fact that during the interaction of polyvinyl butyral with water about razuetsya toxic product - butyraldehyde (str.33-34 prototype).
Свойства веществ по их токсичности, применяемых при изготовлении термохромных слоев, широко известны для специалистов в данной области техники. Использованные нами источники информации, наиболее полно отражающие такие сведения: 1/ ГОСТ 12.1.007-76 «Классификация и общие требования безопасности»; 2/ «Вредные вещества в промышленности.» Справочник для химиков, инженеров и врачей. Изд. 7-е, пер. и доп. В трех томах. Под ред. Н.В.Лазарева и Э.Н.Левиной. Л., «Химия», 1976 г.; 3/ Chemical and Other Safety Information: http://msds.chem.ox.ac.uk, опубликованная по материалам The Physical and Theoretical Chemistry Laboratory, Oxford University.; 4/ Material Safety Data Sheet для различных веществ. Каталог 2010 года фирмы ChemExper Inc.; 5/ Каталог фирмы Aldrich. http://www.sigmaaldrich.com/catalog/.The properties of substances by their toxicity used in the manufacture of thermochromic layers are widely known to specialists in this field of technology. The sources of information used by us that most fully reflect such information: 1 / GOST 12.1.007-76 “Classification and general safety requirements”; 2 / “Harmful substances in industry.” Handbook for chemists, engineers and doctors. Ed. 7th, per. and add. In three volumes. Ed. N.V. Lazareva and E.N. Levina. L., "Chemistry", 1976; 3 / Chemical and Other Safety Information: http://msds.chem.ox.ac.uk, published by The Physical and Theoretical Chemistry Laboratory, Oxford University .; 4 / Material Safety Data Sheet for various substances. 2010 catalog of ChemExper Inc .; 5 / Aldrich catalog. http://www.sigmaaldrich.com/catalog/.
В Таблице 1 представлены сведения о токсичности наиболее широко используемых веществах в нашей заявке и в прототипе.Table 1 provides information on the toxicity of the most widely used substances in our application and in the prototype.
В отличие от прототипа, более половины (53%) используемых веществ которого относится к чрезвычайно и высокоопасным токсичным веществам (1 и 2 классов опасности соответственно), большинство веществ, используемых в нашей заявке, относится к неопасным, малоопасным и умеренно опасным (веществам 4 и 3 классов опасности соответственно).Unlike the prototype, more than half (53%) of the substances used belong to extremely and highly hazardous toxic substances (
Недостаток технологии изготовления термохромного слоя для устройств, описанных в прототипе, состоит в том, что требуются процедуры тщательной очистки исходных реагентов, а также промежуточных продуктов длительного многокомпонентного многостадийного синтеза (от 1 до 72 часов при 45-90°C) и конечного продукта - пленки - от примесей, в особенности от примесей воды, удаление которых проводится в атмосфере инертного газа без примесей кислорода, либо в вакууме (прототип, пример №290), а промежуточные продукты после удаления растворителя досушиваются на «хроматографе на силикагеле» (прототип, с.129 поз.50, 65; с.130 поз.15, 30, 45, 60).The disadvantage of the manufacturing technology of the thermochromic layer for the devices described in the prototype is that it requires thorough cleaning of the starting reagents, as well as intermediate products of long multi-component multi-stage synthesis (from 1 to 72 hours at 45-90 ° C) and the final product is a film - from impurities, in particular from water impurities, the removal of which is carried out in an inert gas atmosphere without oxygen impurities, or in vacuum (prototype, example No. 290), and the intermediate products are dried after solvent removal I'm on a "silica gel chromatograph" (prototype, p.129 pos. 50, 65; p. 130 pos. 15, 30, 45, 60).
Другой недостаток технологии состоит в том, что в прототипе (п.5 формулы, а также описание на стр.35 - "Substrates") для усиления адгезии термохромного слоя к поверхностям подложек и разделительных слоев их приходится обрабатывать плазмой, коронным разрядом, либо озоном, что значительно усложняет технологию изготовления термохромного устройства.Another disadvantage of the technology is that in the prototype (
Задача изобретения заключается в создании термохромного светорегулирующего и/или энергосберегающего устройства, в котором достигается улучшение свойств за счет использования материалов, отличающихся высокой термохромной эффективностью, простотой синтеза, малой токсичностью в производстве, эксплуатации и утилизации, доступностью и дешевизной сырьевых материалов.The objective of the invention is to provide a thermochromic light control and / or energy-saving device, which achieves improved properties through the use of materials characterized by high thermochromic efficiency, ease of synthesis, low toxicity in production, operation and disposal, availability and low cost of raw materials.
Использованный в новом техническом решении общий подход в выборе высокоэффективных термохромных материалов состоит в том, что выбираются материалы, в которых лигандами, как правило, являются молекулы компонентов растворителя, и/или пластификатора, и/или сольватокомплексы (молекулярные аддукты). В ряде случаев одни и те же лиганды с одним и тем же ионом переходного металла могут образовывать как низкопоглощающие, так и высокопоглощающие комплексы в зависимости от количества лигандов и симметрии их расположения вокруг иона переходного элемента.The general approach used in the new technical solution in the selection of high-performance thermochromic materials consists in choosing materials in which the ligands, as a rule, are molecules of the components of the solvent and / or plasticizer and / or solvate complexes (molecular adducts). In some cases, the same ligands with the same transition metal ion can form both low absorbing and highly absorbing complexes depending on the number of ligands and the symmetry of their arrangement around the transition element ion.
В отличие от прототипа используемые при синтезе термохромных материалов растворители участвуют в комплексообразовании в качестве лигандов сильного поля, формирующих комплексы переходных металлов с низкими силами осцилляторов и относительно коротковолновым расположением полос поглощения, обусловленных электронными переходами внутри d-оболочки (d-d-переходами). Такими лигандами являются в нашем случае молекулы воды, одноосновных спиртов, продукты взаимодействия молекул различных растворителей и пластификаторов (молекулярные аддукты), которые относятся к нетоксичным и/или малотоксичным веществам.In contrast to the prototype, the solvents used in the synthesis of thermochromic materials participate in complex formation as strong field ligands that form transition metal complexes with low oscillator strengths and relatively short-wavelength absorption bands due to electronic transitions inside the d shell (d-d transitions). In our case, such ligands are water molecules, monobasic alcohols, products of the interaction of molecules of various solvents and plasticizers (molecular adducts), which are non-toxic and / or low-toxic substances.
Использование таких лигандов позволяет достичь максимально высокого пропускания световых и тепловых потоков при низких температурах (ниже «пороговой» температуры 20-25°C, при которой начинается «срабатывание» термохромного устройства, то есть уменьшение величины пропускания при дальнейшем повышении температуры свыше 25°C) и эффективного уменьшения величины пропускания при увеличении температуры выше «пороговой».The use of such ligands makes it possible to achieve the highest possible transmission of light and heat fluxes at low temperatures (below the “threshold” temperature of 20-25 ° C, at which the “triggering” of the thermochromic device begins, that is, a decrease in the transmittance with a further increase in temperature above 25 ° C) and effectively reducing the transmittance with increasing temperature above the "threshold".
В отличие от прототипа в термохромном слое разработанного термохромного устройства используются комплексы переходных металлов с переносом заряда, полосы поглощения которых отличаются рекордно высокими силами осцилляторов, что обеспечивает высокую термохромную эффективность материала слоя в видимой и ультрафиолетовой областях спектра оптического излучения. [Sone K., Fukuda Y. Inorganic Thermochromism. Berlin: Springer-Verlag, 1987, 184 р.; Ливер Э. Электронная спектроскопия неорганических соединений, М.: Мир, 1987. Т.1-2.].Unlike the prototype, the thermochromic layer of the developed thermochromic device uses charge-transfer transition metal complexes, the absorption bands of which are characterized by record high oscillator strengths, which ensures high thermochromic efficiency of the layer material in the visible and ultraviolet regions of the spectrum of optical radiation. [Sone K., Fukuda Y. Inorganic Thermochromism. Berlin: Springer-Verlag, 1987, 184 p.; Liver E. Electronic spectroscopy of inorganic compounds, M .: Mir, 1987. T.1-2.].
Упрощение технологического процесса изготовления термохромного устройства по сравнению с прототипом достигается следующими средствами:The simplification of the manufacturing process of a thermochromic device in comparison with the prototype is achieved by the following means:
1. Использование готовых и легкодоступных реактивов, а также объединения всех стадий синтеза в одну, сводящуюся к смешению всех компонентов и прогреву при температурах 60-100°C в течение относительно непродолжительного времени (максимум - в течение 1 часа в случае жидкостных, гелеобразных и пленочных термохромных слоев, что значительно сокращает время контакта персонала с реактивами) с последующим нанесением (в случае получения термохромной пленки) пленкообразующего состава на подложку и сушки до достижения оптимальных концентраций растворителя.1. The use of ready-made and readily available reagents, as well as combining all stages of the synthesis into one, which reduces to mixing all the components and heating at temperatures of 60-100 ° C for a relatively short time (maximum - for 1 hour in the case of liquid, gel and film thermochromic layers, which significantly reduces the contact time of personnel with reagents), followed by the application (in the case of a thermochromic film) of the film-forming composition on the substrate and drying to achieve optimal solution concentrations the retailer.
2. Исключение стадий получения промежуточных продуктов длительного многокомпонентного многостадийного синтеза, а также процедур очистки исходных реагентов и конечных продуктов (термохромных слоев, образованных полимерными пленками, жидкостями или гелями) от примесей воды, которая в заявляемом устройстве, как правило, является неотъемлемым компонентом термохромных материалов, и от других примесей, поскольку они не оказывают влияния на термохромные и другие свойства материалов.2. The exception stages of obtaining intermediate products of long multi-component multi-stage synthesis, as well as procedures for cleaning the starting reagents and end products (thermochromic layers formed by polymer films, liquids or gels) from impurities of water, which in the inventive device, as a rule, is an integral component of thermochromic materials , and from other impurities, since they do not affect the thermochromic and other properties of materials.
3. Упрощение технологического процесса в заявляемом устройстве достигается также благодаря высокой адгезии к подложке разработанных нами термохромных пленок на основе винила (отрывное усилие превышает 10 Н/см. Метод измерения адгезии заключался в вырезании полоски приклеенной к подложке пленки шириной 1 см, к концу которой прилагалось отрывное усилие вдоль плоскости пленки в направлении приклеенной части пленки).3. The simplification of the technological process in the claimed device is also achieved due to the high adhesion to the substrate of the thermochromic films based on vinyl developed by us (tear-off force exceeds 10 N / cm. The method of measuring adhesion consisted in cutting a strip of 1 cm wide tape glued to the substrate, to the end of which was attached tear-off force along the film plane in the direction of the glued part of the film).
4. Использование тонких слоев фото- либо термо-, либо химически отверждаемой композиции для создания прослоек между различными термохромными слоями заявляемого устройства без дополнительной обработки поверхностей соединяемых слоев плазмой, коронным разрядом, либо озоном, как это делается в прототипе (см. прототип: п.5 формулы, а также описание на стр.35 - "Substrates").4. The use of thin layers of photo- or thermo- or chemically curable compositions to create interlayers between different thermochromic layers of the claimed device without additional processing of the surfaces of the layers to be connected by plasma, corona discharge, or ozone, as is done in the prototype (see prototype: 5 formulas, as well as the description on page 35 - "Substrates").
5. Снижение температуры ламинирования (триплексования) до 120°C при использовании разработанных термопластичных термохромных полимерных материалов с пониженной температурой стеклования, что обеспечивает экономию электроэнергии при триплексовании и позволяет предохранять от разрушения комплексы переходных металлов с высокой термохромной эффективностью, которые оказались бы неустойчивыми при более высоких температурах.5. Reducing the temperature of lamination (triplexing) to 120 ° C when using the developed thermoplastic thermochromic polymer materials with a lower glass transition temperature, which ensures energy saving during triplexing and prevents damage to transition metal complexes with high thermochromic efficiency that would be unstable at higher temperatures.
Поставленная задача изобретения решается тремя вариантами термохромного устройства, объединенными общим изобретательским замыслом, в которых используются оригинальные составы термохромного материала: в виде полимерной пленки или жидкости, или геля. При этом термохромные слои изготавливаются способами полива или экструзии с последующей сушкой, в основном, с использованием подложек, выполненных из стекла, а также подложек, выполненных из полиэтилентерефталата, полипропилена, полиэтилена, или ацетилцеллюлозы, или лакового слоя, нанесенного из раствора поливинилбутираля, или поливинилацетата, или поливинилэтилаля в органических растворителях.The object of the invention is solved by three variants of a thermochromic device, united by a common inventive concept, in which the original compositions of the thermochromic material are used: in the form of a polymer film or liquid, or gel. In this case, the thermochromic layers are made by irrigation or extrusion methods, followed by drying, mainly using substrates made of glass, as well as substrates made of polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene, or cellulose acetate, or a lacquer layer deposited from a solution of polyvinyl butyral or polyvinyl acetate , or polyvinyl ethyl in organic solvents.
Вариант 1 термохромного устройства включает, по меньшей мере, две светопропускающие подложки и, по меньшей мере, один термохромный слой, обратимо изменяющий пропускание световых и тепловых потоков при изменении его температуры в видимой и/или ближней ИК областях спектра, в котором в отличие от прототипа термохромный слой выполнен из термохромного материала, представляющего собой водосодержащую жидкость с комплексами переходных металлов и с галогенидами щелочных и щелочноземельных металлов.
Эти материалы обладают высокой термохромной эффективностью, как правило, превышающей термохромную эффективность материалов прототипа. (см. Табл.2 (примеры 1-32, фигуры 1-28)).These materials have high thermochromic efficiency, as a rule, exceeding the thermochromic efficiency of prototype materials. (see Table 2 (examples 1-32, figures 1-28)).
В частности, в случае жидких (Табл.2, примеры 2, 3, 17, 28, фигуры 3, 4, 16, 27) и гелеобразных (выполненных на основе этих же жидкостей) термохромных слоев уменьшение исходного уровня светопропускания Т (70-80% при 20-25°C, что соответствует оптической плотности D=lg(100/T)=~0.15-0.10) при повышении температуры до 65-70°C в ~7-8 и более раз (при этом оптическая плотность меняется в ~7-10 и более раз и составляет ~1) достигается при толщинах термохромного слоя 0,04-0,1 мм в то время, как в примерах прототипа (все примеры по жидкостям из описания прототипа, а также Examples 189-214) такие термохромные характеристики достигаются только при толщинах слоя 0,8 мм и более, что близко к верхнему пределу толщины поливинилбутиральных пленок, обычно используемых для автомобильных триплексов (0,4-1 мм).In particular, in the case of liquid (Table 2, examples 2, 3, 17, 28, figures 3, 4, 16, 27) and gel-like (made on the basis of the same liquids) thermochromic layers, a decrease in the initial level of light transmission T (70-80 % at 20-25 ° C, which corresponds to an optical density of D = log (100 / T) = ~ 0.15-0.10) when the temperature rises to 65-70 ° C by ~ 7-8 or more (the optical density changes by ~ 7-10 and more times and is ~ 1) is achieved with a thermochromic layer thickness of 0.04-0.1 mm, while in the prototype examples (all examples of liquids from the description of the prototype, as well as Examples 189-214) are term great characteristics are achieved only with layer thicknesses of 0.8 mm or more, which is close to the upper limit of the thickness of polyvinyl butyral films commonly used for automotive triplexes (0.4-1 mm).
Это означает, что термохромный слой прототипа будет содержать предельно высокие концентрации комплексов переходных металлов и лигандов, что, в принципе, может приводить к химической неустойчивости и увеличению светорассеяния в прототипе, в то время как в заявляемом устройстве имеется возможность в десятки раз понизить концентрацию соединений переходных металлов при сохранении толщины термохромного слоя, оптимально регулирующего пропускание световых и тепловых потоков, на уровне менее 1 мм.This means that the thermochromic layer of the prototype will contain extremely high concentrations of transition metal complexes and ligands, which, in principle, can lead to chemical instability and increased light scattering in the prototype, while in the inventive device it is possible to reduce the concentration of transition compounds tens of times metals while maintaining the thickness of the thermochromic layer, which optimally regulates the transmission of light and heat fluxes, at a level of less than 1 mm.
Термохромный материал может содержать пиридин или морфолин. Использование этих компонентов приводит к коротковолновому смещению полос поглощения нагретых термохромных слоев в сторону максимальной чувствительности человеческого глаза (область 500-550 нм), что повышает эффективность светорегулирования. Например, в случае термохромных слоев, содержащих комплексы кобальта (II), полоса поглощения из диапазона 650-750 нм смещается в область 600-650 нм (Табл.2, примеры 24-31, фигуры 24-27).The thermochromic material may contain pyridine or morpholine. The use of these components leads to a short-wavelength shift of the absorption bands of the heated thermochromic layers towards the maximum sensitivity of the human eye (500-550 nm region), which increases the efficiency of light control. For example, in the case of thermochromic layers containing cobalt (II) complexes, the absorption band from the range of 650-750 nm is shifted to the region of 600-650 nm (Table 2, examples 24-31, figures 24-27).
Термохромный материал дополнительно содержит нитрофенолы.The thermochromic material further comprises nitrophenols.
Это дает возможность расширить цветовую гамму термохромных переходов при сохранении светостойкости материала и обеспечить дополнительную защиту помещения от ультрафиолетового (УФ) излучения (Табл.2, пример 32, фигура 28).This makes it possible to expand the color gamut of thermochromic transitions while maintaining the lightfastness of the material and provide additional protection for the room from ultraviolet (UV) radiation (Table 2, example 32, figure 28).
Термохромный материал может представлять собой нетоксичную либо малотоксичную жидкость (Табл.2. примеры 1, 2, 4, фигуры 1, 2, 3, 5). Данное условие необходимо ввиду использования термохромных устройств для жилых помещений и для других целей, предполагающих контакт человека с устройством.Thermochromic material can be a non-toxic or low toxic liquid (Table 2. Examples 1, 2, 4, figures 1, 2, 3, 5). This condition is necessary due to the use of thermochromic devices for residential premises and for other purposes involving contact between a person and the device.
Термохромное устройство может быть выполнено, по меньшей мере, с одним слоем из термохромного материала с неоднородной по площади окраской. Такое исполнение устройства целесообразно для использования в элементах средового дизайна.The thermochromic device can be made with at least one layer of thermochromic material with a non-uniform area of color. This embodiment of the device is suitable for use in environmental design elements.
Термохромный слой выполняется из термохромного материала, содержащего комплексы металлов с переносом заряда.The thermochromic layer is made of a thermochromic material containing metal complexes with charge transfer.
Такие составы способствуют повышению термохромной эффективности заявляемого термохромного устройства благодаря известной высокой величине молярных коэффициентов экстинкции полос поглощения, что дает возможность эффективно отсекать УФ излучение в области 200-400 нм (Табл.2, примеры 17-19, 21, фигуры 16-18, 20) без использования УФ-абсорберов и УФ-стабилизаторов, без которых не обходится большинство примеров термохромных слоев, указанных в прототипе (стр.37, 38 прототипа, Examples 245, 254-280, 282, 286-294).Such compositions contribute to increasing the thermochromic efficiency of the inventive thermochromic device due to the known high value of the molar extinction coefficient of the absorption bands, which makes it possible to effectively cut off UV radiation in the region of 200-400 nm (Table 2, examples 17-19, 21, figures 16-18, 20 ) without the use of UV absorbers and UV stabilizers, without which most of the examples of thermochromic layers specified in the prototype do not do (p. 37, 38 of the prototype, Examples 245, 254-280, 282, 286-294).
Кроме того, использование комплексов переходных металлов с переносом заряда позволяет достигнуть высокой термохромной эффективности в центре видимого диапазона 500-550 нм (Табл.2, примеры 1, 3, 4, фигуры 1, 4, 5), что упрощает создание высокоэффективных термохромных слоев бронзового и серого цветов, а также позволяет усилить энергосберегающий эффект, так как на эту спектральную область приходится максимум энергии, излучаемой солнцем.In addition, the use of complexes of transition metals with charge transfer allows you to achieve high thermochromic efficiency in the center of the visible range of 500-550 nm (Table 2, examples 1, 3, 4, figures 1, 4, 5), which simplifies the creation of highly efficient thermochromic layers of bronze and gray colors, and also allows you to enhance the energy-saving effect, since this spectral region accounts for the maximum energy emitted by the sun.
Вариант 2 термохромного устройства включает, по меньшей мере, две светопропускающие подложки и, по меньшей мере, один термохромный слой, обратимо изменяющий пропускание световых и тепловых потоков при изменении его температуры в видимой и/или ближней ИК областях спектра. В отличие от прототипа, в заявляемом устройстве термохромный слой выполнен из термохромного материала, представляющего собой светостойкий гель, содержащий, по меньшей мере, один сополимер на основе ненасыщенной кислоты и эфиров пентаэритрита, либо, по меньшей мере, один полимер на основе пептида, либо, по меньшей мере, один полимер на основе винила и содержащие комплексы переходных металлов. Эти вещества объединяет общее свойство образовывать гели, в том числе в водной среде.
Термохромное устройство по Варианту 2 удобно для использования благодаря тому, что гель не вытекает из пространства между подложками в случае появления трещин при разрушении термохромного устройства (стеклопакета) и не оказывает гидростатического давления на подложки.The thermochromic device according to
В отличие от прототипа использование термохромного слоя в виде геля позволяет упростить технологию изготовления термохромного устройства благодаря отсутствию стадий изготовления полимерной пленки, а также триплексования в автоклаве при повышенных температурах и давлении.In contrast to the prototype, the use of a thermochromic layer in the form of a gel makes it possible to simplify the manufacturing technology of a thermochromic device due to the absence of polymer film manufacturing steps, as well as triplexing in an autoclave at elevated temperatures and pressures.
Примеры рецептур термохромных гелей представлены в Таблице 3 (примеры 33-35). Результаты испытаний показали, что термохромные свойства гелей весьма близки к термохромным свойствам соответствующих жидкостей (Таблица 2, пример 22 (фигуры 21, 22), пример 5, пример 1 (фигуры 1, 2)).Examples of thermochromic gel formulations are presented in Table 3 (examples 33-35). The test results showed that the thermochromic properties of the gels are very close to the thermochromic properties of the corresponding liquids (Table 2, example 22 (figures 21, 22), example 5, example 1 (figures 1, 2)).
Термохромный материал может содержать пиридин или морфолин.The thermochromic material may contain pyridine or morpholine.
Использование этих компонентов приводит к коротковолновому смещению полос поглощения нагретых термохромных слоев в сторону максимальной чувствительности человеческого глаза (область 500-550 нм), что повышает эффективность светорегулирования. Например, в случае термохромных слоев, содержащих комплексы кобальта (II), полоса поглощения из диапазона 650-750 нм смещается в область 600-650 нм (см. примеры из Варианта 1: Таблица 2, примеры 24-31, фигуры 24-27).The use of these components leads to a short-wavelength shift of the absorption bands of the heated thermochromic layers towards the maximum sensitivity of the human eye (500-550 nm region), which increases the efficiency of light control. For example, in the case of thermochromic layers containing cobalt (II) complexes, the absorption band from the range of 650-750 nm is shifted to the region of 600-650 nm (see examples from Option 1: Table 2, examples 24-31, figures 24-27) .
Термохромный материал дополнительно содержит нитрофенолы. Это дает возможность расширить цветовую гамму термохромных переходов при сохранении светостойкости материала и обеспечить дополнительную защиту помещения от УФ излучения (см. пример из Варианта 1: Таблица 2, пример 32, фигура 28).The thermochromic material further comprises nitrophenols. This makes it possible to expand the color gamut of thermochromic transitions while maintaining the lightfastness of the material and provide additional protection for the room from UV radiation (see the example from Option 1: Table 2, example 32, figure 28).
Термохромный материал представляет собой нетоксичный либо малотоксичный гель (Таблица 3, пример 35 (фигуры 1, 2); примеры из Варианта 1: Таблица 2, примеры 1, 2, 4, фигуры 1, 2, 3, 5). Данное условие необходимо ввиду использования термохромных устройств для жилых помещений и для других целей, предполагающих контакт человека с устройством.The thermochromic material is a non-toxic or low-toxic gel (Table 3, example 35 (figures 1, 2); examples from Option 1: table 2, examples 1, 2, 4, figures 1, 2, 3, 5). This condition is necessary due to the use of thermochromic devices for residential premises and for other purposes involving contact between a person and the device.
Термохромное устройство содержит, по меньшей мере, один Термохромный слой из термохромного материала с неоднородной по площади окраской. Такое исполнение устройства целесообразно для использования в элементах средового дизайна.A thermochromic device comprises at least one thermochromic layer of a thermochromic material with a non-uniform area color. This embodiment of the device is suitable for use in environmental design elements.
Термохромный слой содержит комплексы металлов с переносом заряда.The thermochromic layer contains metal complexes with charge transfer.
Такие составы способствуют повышению термохромной эффективности заявляемого нами термохромного устройства благодаря известной высокой величине молярных коэффициентов экстинкции полос поглощения, что дает возможность эффективно отсекать УФ в области 200-400 нм (см. примеры из Варианта 1: Табл.2, примеры 17-19, 21, фигуры 16-18, 20).Such compositions contribute to increasing the thermochromic efficiency of the claimed thermochromic device due to the known high value of the molar extinction coefficient of the absorption bands, which makes it possible to effectively cut off UV in the region of 200-400 nm (see examples from Option 1: Table 2, examples 17-19, 21 , figures 16-18, 20).
Кроме того, использование комплексов переходных металлов с переносом заряда позволяет достичь высокой термохромной эффективности в центре видимого диапазона 500-550 нм (Табл.3, пример 35, фигура 1, а также см. примеры из Варианта 1: Табл.2, примеры 1, 3, 4, фигуры 3, 4, 5), что упрощает создание высокоэффективных термохромных слоев бронзового и серого цветов, а также позволяет усилить энергосберегающий эффект, так как на эту же спектральную область приходится максимум энергии, излучаемой Солнцем.In addition, the use of complexes of transition metals with charge transfer allows to achieve high thermochromic efficiency in the center of the visible range of 500-550 nm (Table 3, example 35, figure 1, and also see examples from Option 1: Table 2, examples 1, 3, 4, figures 3, 4, 5), which simplifies the creation of highly efficient thermochromic layers of bronze and gray colors, and also allows you to enhance the energy-saving effect, since the maximum spectral energy emitted by the Sun falls on the same spectral region.
Вариант 3 термохромного устройства включает либо не включает, по меньшей мере, одну светопропускающую подложку и, по меньшей мере, один термохромный слой, обратимо изменяющий пропускание световых и тепловых потоков при изменении его температуры в видимой и/или ближней ИК областях спектра, в котором, в отличие от прототипа, термохромный слой выполнен из термохромного материала, представляющего собой водосодержащую полимерную пленку, изготовленную из водорастворимого полимера на основе винила, содержащую, по меньшей мере, один пластификатор и комплексы переходных металлов, включающие компоненты растворителя или пластификатора, или галогенидов, или их смесь.
Такие составы обладают высокой термохромной эффективностью (см. Табл.4.1-4.6, примеры 36-74, фигуры 30-39), как правило, превосходящей термохромную эффективность составов, использованных при изготовлении термохромных устройств прототипа. Например, в случае термохромных слоев, описанных в примерах 36-45, 49, 50, 53, 56-58 (Табл.4.1-4.4) уменьшение исходного уровня светопропускания ~70-80% (оптическая плотность 0.1-0.15 при 20-25°C) в ~12 и более раз (при этом пропускание уменьшается до 6.7-4.5%, а оптическая плотность увеличивается до 1.2-1.35) при повышении температуры до 65-70°C достигается при толщинах термохромного слоя 0,1-0,2 мм, в то время как в примерах прототипа (Examples 189-214) наилучшие результаты (изменение оптической плотности в 7-8 раз) достигаются, в основном, при толщинах 0,8 мм и более, что соответствует верхнему пределу толщины поливинилбутиральных пленок, обычно используемых для автомобильных триплексов (0,4-1 мм).Such compositions have high thermochromic efficiency (see Table 4.1-4.6, examples 36-74, figures 30-39), as a rule, superior to the thermochromic efficiency of the compositions used in the manufacture of thermochromic prototype devices. For example, in the case of thermochromic layers described in examples 36-45, 49, 50, 53, 56-58 (Table 4.1-4.4), the decrease in the initial level of light transmission is ~ 70-80% (optical density 0.1-0.15 at 20-25 ° C) by ~ 12 or more times (in this case, the transmission decreases to 6.7–4.5%, and the optical density increases to 1.2–1.35) when the temperature is increased to 65–70 ° C, it is achieved at thermochromic layer thicknesses of 0.1–0.2 mm , while in the examples of the prototype (Examples 189-214), the best results (a change in optical density of 7-8 times) are achieved, mainly, with a thickness of 0.8 mm or more, which corresponds to the top the limit of thickness of polyvinyl butyral films commonly used for automotive triplexes (0.4-1 mm).
Преимущество выполнения термохромного слоя в виде полимерной пленки в заявляемом устройстве заключается в возможности использования стандартного промышленного оборудования и стандартной либо упрощенной, по сравнению со стандартной, технологий, применяемых как при изготовлении пленки, так и при изготовлении стеклотриплексов (например, автомобильного триплекса).The advantage of performing a thermochromic layer in the form of a polymer film in the inventive device is the possibility of using standard industrial equipment and standard or simplified, compared to standard, technologies used both in the manufacture of film and in the manufacture of glass triplexes (for example, automobile triplex).
В отличие от прототипа упрощение технологического процесса изготовления термохромного устройства достигается за счет исключительного использования готовых и легкодоступных реактивов, а также объединения всех стадий синтеза в одну, сводящуюся к смешению всех компонентов и прогреву при температурах 60-100°C в течение относительно непродолжительного времени (максимум - в течение 1 часа) с последующим нанесением пленкообразующей композиции на подложку и сушки (если это необходимо) до достижения оптимальных концентраций растворителя.In contrast to the prototype, the simplification of the technological process of manufacturing a thermochromic device is achieved through the exclusive use of ready-made and readily available reagents, as well as combining all stages of the synthesis into one, which reduces to mixing all components and heating at temperatures of 60-100 ° C for a relatively short time (maximum - within 1 hour) followed by applying a film-forming composition to a substrate and drying (if necessary) until optimal solvent concentrations are achieved.
Термохромный материал может содержать пиридин или морфолин. Использование этих компонентов приводит к коротковолновому смещению полос поглощения нагретых термохромных слоев в сторону максимальной чувствительности человеческого глаза (область 500-550 нм), что повышает эффективность светорегулирования. Например, в случае термохромных слоев, содержащих комплексы кобальта (II), полоса поглощения из диапазона 650-750 нм смещается в область 600-650 нм (Табл.4.6, примеры 66-68, фигуры 30, 31).The thermochromic material may contain pyridine or morpholine. The use of these components leads to a short-wavelength shift of the absorption bands of the heated thermochromic layers towards the maximum sensitivity of the human eye (500-550 nm region), which increases the efficiency of light control. For example, in the case of thermochromic layers containing cobalt (II) complexes, the absorption band from the range of 650-750 nm is shifted to the region of 600-650 nm (Table 4.6, examples 66-68, figures 30, 31).
Термохромный материал дополнительно содержит нитрофенолы. Это позволяет расширить цветовую гамму термохромных переходов при сохранении светостойкости материала и обеспечить дополнительную защиту помещения от УФ излучения (Табл.4.6, пример 73, фигура 38).The thermochromic material further comprises nitrophenols. This allows you to expand the color gamut of thermochromic transitions while maintaining the lightfastness of the material and provide additional protection for the room from UV radiation (Table 4.6, example 73, figure 38).
Термохромный материал представляет собой нетоксичную либо малотоксичную полимерную композицию (Табл.4.6, пример 71, фигуры 35, 36). Данное условие необходимо ввиду использования термохромных устройств для жилых помещений и для других целей, предполагающих контакт человека с устройством.Thermochromic material is a non-toxic or low-toxic polymer composition (Table 4.6, example 71, figures 35, 36). This condition is necessary due to the use of thermochromic devices for residential premises and for other purposes involving contact between a person and the device.
Термохромное устройство содержит, по меньшей мере, один термохромный слой из термохромного материала с неоднородной по площади окраской. Такое исполнение устройства целесообразно для использования в элементах средового дизайна.A thermochromic device comprises at least one thermochromic layer of thermochromic material with a non-uniform color area. This embodiment of the device is suitable for use in environmental design elements.
Термохромный слой содержит комплексы металлов с переносом заряда. Такие составы способствуют повышению термохромной эффективности заявляемого нами термохромного устройства благодаря известной высокой величине молярных коэффициентов экстинкции полос поглощения, что дает возможность эффективно отсекать УФ (200-400 нм, Табл.4.6, примеры 70-72, фигуры 34, 35, 37) без использования УФ-абсорберов и УФ-стабилизаторов, без которых не обходится большинство примеров термохромных слоев, указанных в прототипе (стр.37, 38 прототипа, Examples 245, 254-280, 282, 286-294).The thermochromic layer contains metal complexes with charge transfer. Such compositions contribute to increasing the thermochromic efficiency of the claimed thermochromic device due to the known high value of the molar extinction coefficient of the absorption bands, which makes it possible to effectively cut off the UV (200-400 nm, Table 4.6, examples 70-72, figures 34, 35, 37) without using UV absorbers and UV stabilizers, without which most of the examples of thermochromic layers specified in the prototype do not do (p. 37, 38 of the prototype, Examples 245, 254-280, 282, 286-294).
Кроме того, использование комплексов переходных металлов с переносом заряда позволяет достичь высокой термохромной эффективности в центре видимого диапазона (500-550 нм), что упрощает создание высокоэффективных термохромных слоев бронзового (Табл.4.6, пример 71 (фигура 35)) и серого (Табл.4.6, пример 72 (фигура 37)) цветов, а также позволяет усилить энергосберегающий эффект, так как на эту же спектральную область приходится максимум энергии, излучаемой Солнцем.In addition, the use of transition metal complexes with charge transfer allows one to achieve high thermochromic efficiency in the center of the visible range (500-550 nm), which simplifies the creation of highly effective thermochromic layers of bronze (Table 4.6, example 71 (figure 35)) and gray (Table. 4.6, example 72 (figure 37)) of colors, and also allows you to enhance the energy-saving effect, since the same spectral region accounts for the maximum energy emitted by the Sun.
Термохромное устройство может включать, по меньшей мере, одну прослойку между термохромным слоем и подложкой и/или термохромными слоями, изготовленную из фото- либо термо-, либо химически отверждаемой композиции на основе смесей мономеров и олигомеров производных ненасыщенных кислот.A thermochromic device may include at least one layer between the thermochromic layer and the substrate and / or thermochromic layers made of a photo- or thermo- or chemically curable composition based on mixtures of monomers and oligomers of unsaturated acid derivatives.
Использование такой прослойки позволяет свести процесс триплексования термохромного слоя к нанесению отверждаемой композиции толщиной от 0.01 до 1 мм (между слоем и подложкой, либо между различными термохромными слоями) и последующей полимеризации в течение 15-20 мин, что существенно упрощает и удешевляет технологию изготовления заявляемого термохромного устройства по сравнению с прототипом. Кроме того, использование таких прослоек между термохромными слоями дает возможность расширить гамму цветовых переходов и создать термохромное устройство нейтрального (серого) цвета.The use of such a layer allows us to reduce the process of triplexing the thermochromic layer to applying a curable composition with a thickness of 0.01 to 1 mm (between the layer and the substrate, or between different thermochromic layers) and subsequent polymerization for 15-20 minutes, which greatly simplifies and reduces the cost of manufacturing the claimed thermochromic devices compared to the prototype. In addition, the use of such layers between thermochromic layers makes it possible to expand the range of color transitions and create a thermochromic device of neutral (gray) color.
Термохромный слой (термохромные слои) по варианту №3 представляет собой материалы, имеющие температуры стеклования, не превышающие 120°C.Thermochromic layer (thermochromic layers) according to option No. 3 are materials having glass transition temperatures not exceeding 120 ° C.
Разработанные нами термопластичные термохромные полимерные слои с пониженной температурой стеклования (Табл.4.6, примеры 69, 70, 74 (Фигуры 32-34, 39)) позволяют проводить ламинирование (триплексование) при пониженных температурах (не превышающих 120°C), что позволяет предохранять от разрушения высокоэффективные комплексы переходного металла, которые оказались бы неустойчивыми при более высоких температурах, а также обеспечивают экономию электроэнергии при триплексовании.Our developed thermoplastic thermochromic polymer layers with a lower glass transition temperature (Table 4.6, examples 69, 70, 74 (Figures 32-34, 39)) allow lamination (triplexing) at low temperatures (not exceeding 120 ° C), which allows to protect from destruction, highly efficient transition metal complexes that would be unstable at higher temperatures and also provide energy saving during triplexing.
Как описано выше, представленные варианты термохромных устройств объединяет поставленная задача и пути ее достижения.As described above, the presented options for thermochromic devices are united by the task and ways to achieve it.
Заявляемое термохромное устройство отличается максимальной простотой изготовления термохромного материала. Процедура изготовления по всем вариантам сводится к одновременному смешению компонентов и кратковременному прогреву смеси. При этом в отличие от прототипа отсутствуют стадии триплексования в автоклаве при повышенных температурах и давлении.The inventive thermochromic device is characterized by the maximum ease of manufacturing thermochromic material. The manufacturing procedure for all options is reduced to the simultaneous mixing of the components and short-term heating of the mixture. Moreover, unlike the prototype, there are no triplexing stages in the autoclave at elevated temperatures and pressure.
Применение термохромного устройства по Вариантам №1 и №2 является целесообразным и единственно возможным при выполнении термохромного слоя в промежутках между подложками неплоской формы.The use of a thermochromic device according to Options No. 1 and No. 2 is expedient and only possible when performing a thermochromic layer in the spaces between non-planar substrate substrates.
Более высокая эффективность разработанных нами термохромных слоев обеспечивает возможность снижения концентраций соединений переходных металлов либо толщины термохромного слоя, что позволяет упростить процесс изготовления термохромных устройств, особенно по вариантам 1 и 2, и дополнительно понизить вредность производства.The higher efficiency of the thermochromic layers we have developed makes it possible to reduce the concentrations of transition metal compounds or the thickness of the thermochromic layer, which simplifies the manufacturing process of thermochromic devices, especially in
В Таблице 2 приведены рецептуры составов и оптические свойства материала термохромного слоя, изготовленного в виде жидкости.Table 2 shows the formulations of the compositions and the optical properties of the material of the thermochromic layer made in the form of a liquid.
раNo.
ra
раNo.
ra
тов, моль/лAverage concentrations of components
tov, mol / l
Аналогичные примеры добавления нитрофенолов с целью расширения цветовой гаммы термохромных переходов при сохранении светостойкости материала и обеспечения дополнительной защиты помещения от УФ излучения в соответствии с пунктом 3 формулы могут быть получены путем сложения спектра нитрофенола (Фиг.29 (концентрация пикриновой кислоты - 0.01 моль/л, толщина слоя - 1 мм)) со спектрами растворов (примеры 1-31) по пунктам 1-2 формулы.Similar examples of the addition of nitrophenols in order to expand the color gamut of thermochromic transitions while maintaining the light fastness of the material and provide additional protection of the room from UV radiation in accordance with
Примеры к пункту 4 формулы - 1, 2, 4. Примеры к пункту 5 формулы могут быть получены комбинациями термохромных слоев, описанных в примерах 1-31 (к пунктам 1-4, 6 формулы) в соответствии с Примером 7 изготовления термохромного устройства. Примеры к пункту 6 формулы, касающиеся термохромных слоев, содержащих комплексы металлов с переносом заряда, - 1-4, 9, 17-19, 21.Examples to
В Таблице 3 приведены рецептуры составов и оптические свойства материала термохромного слоя, изготовленного в виде геля.Table 3 shows the formulations of the compositions and the optical properties of the material of the thermochromic layer made in the form of a gel.
раNo.
ra
ции
компонентовMedium concentration
tions
components
раNo.
ra
Использование САКАПа, ПВС и желатина для получения термохромных гелей (в соответствии с пунктами 7-12 формулы) в отношении остальных примеров (1-31) - аналогично.The use of SAKAP, PVA and gelatin to obtain thermochromic gels (in accordance with paragraphs 7-12 of the formula) in relation to the remaining examples (1-31) is similar.
В таблицах 4.1-4.6 приведены рецептуры составов материала термохромного слоя, изготовленного в виде водосодержащей полимерной пленки, включающей водорастворимый полимер на основе винила.Tables 4.1–4.6 give formulations of the compositions of the material of the thermochromic layer made in the form of an aqueous polymer film, including a water-soluble vinyl-based polymer.
Здесь и в таблицах 4.1-4.4 интегральное (по спектру) светопропускание материала Тинтегр определяется суммарным (по спектру) снижением отклика глаза на световой поток, после его ослабления прохождением через материал. При расчете необходимо учитывать функцию спектральной чувствительности глаза (функция видности φ(λ)) и функцию спектрального распределения энергии источника света (Солнца) Е(λ), которые затабулированы, например, в (Д.Кэй, Т.Лэби. Справочник физика-экспериментатора. - М., 1949, с.187). Расчет ведется по формуле:Here and in Tables 4.1-4.4, the integral (over the spectrum) light transmission of the material T integr is determined by the total (over the spectrum) decrease in the eye response to the light flux, after its attenuation by passage through the material. In the calculation, it is necessary to take into account the spectral sensitivity function of the eye (the visibility function φ (λ)) and the spectral distribution function of the energy of the light source (Sun) E (λ), which are tabulated, for example, in (D. Kay, T. Laby. Physicist-experimenter . - M., 1949, p. 187). The calculation is carried out according to the formula:
, ,
где Т(λ) - экспериментальная кривая пропускания материала в зависимости от длины волны; dλ - дифференциал длины волны.where T (λ) is the experimental material transmission curve as a function of wavelength; dλ is the wavelength differential.
раNo.
ra
раNo.
ra
В примере 42 используют ПВС марки А с содержанием ацетатных групп 10-15%; в примере 43 - ПВС 16/1 с содержанием ацетатных групп 0,8-0,2%; в примере 44 - ПВС 40/2 с содержанием ацетатных групп 2%; в примере 45 - ПВС 9/3 с содержанием ацетатных групп 3%.In example 42, PVA grade A is used with an acetate group content of 10-15%; in example 43 - PVA 16/1 with a content of acetate groups of 0.8-0.2%; in example 44 -
за/91Cellulose acetate
over / 91
за/91Cellulose acetate
over / 91
за/91Cellulose acetate
over / 91
за/91Cellulose acetate
over / 91
Примеры к пункту 14 формулы - примеры 66-68 (Таблица 4.6).Examples to paragraph 14 of the formula are examples 66-68 (table 4.6).
Использование нитрофенолов (концентрацией 0.2-0.5 г/м2 пленки) для получения термохромных пленок (в соответствии с пунктом 15 формулы) в отношении остальных примеров (36-68, 74) - аналогично.The use of nitrophenols (concentration of 0.2-0.5 g / m 2 film) to obtain thermochromic films (in accordance with
Пример к пункту 16 формулы - пример 71.An example to paragraph 16 of the formula is example 71.
Примеры к пункту 17 формулы могут быть получены комбинациями термохромных слоев, описанных в примерах 36-74 (к пунктам 13-16, 18-20 формулы) в соответствии с Примерами 6 и 7 изготовления термохромного устройства.The examples to paragraph 17 of the formula can be obtained by combinations of thermochromic layers described in examples 36-74 (to paragraphs 13-16, 18-20 of the formula) in accordance with Examples 6 and 7 of the manufacture of a thermochromic device.
Примеры к пункту 18 формулы, касающиеся термохромных слоев, содержащих комплексы металлов с переносом заряда, - 70-72.Examples to paragraph 18 of the formula relating to thermochromic layers containing metal complexes with charge transfer, 70-72.
Примеры к пункту 19 формулы изложены в Примере 5 изготовления термохромного устройства.Examples to paragraph 19 of the formula are set forth in Example 5 of the manufacture of a thermochromic device.
Примеры к пункту 20 формулы - примеры 69, 70 и 74.Examples to paragraph 20 of the formula are examples 69, 70 and 74.
Как видно из таблиц 2, 3, 4.1-4.6, термохромный материал, изготовленный из представленных примеров композиций, обладает высокой термохромной эффективностью (D70/D20), под которой понимается отношение оптических плотностей на данной длине волны, достигаемых при высокой (60-85°C) и низкой (20-25°C) температурах, что объясняется тем, что разработанный новый термохромный материал в качестве неотъемлемого компонента содержит воду, которая является лигандом сильного поля, что необходимо для оптимизации термодинамических параметров реакции термохромного перехода с целью достижения высокой термохромной эффективности. Использование воды предпочтительно также с точки зрения экологической и пожарной безопасности производства и эксплуатации термохромного устройства.As can be seen from tables 2, 3, 4.1-4.6, a thermochromic material made from the presented examples of compositions has high thermochromic efficiency (D 70 / D 20 ), which is understood as the ratio of optical densities at a given wavelength achieved at high (60- 85 ° C) and low (20-25 ° C) temperatures, which is explained by the fact that the developed new thermochromic material contains water as an integral component, which is a strong field ligand, which is necessary to optimize the thermodynamic parameters of the thermochromic reaction transition in order to achieve high thermochromic efficiency. The use of water is also preferable from the point of view of environmental and fire safety of the production and operation of a thermochromic device.
Технология производства заявляемого термохромного устройства отличается от технологии производства прототипа простотой и дешевизной за счет объединения всех стадий синтеза термохромного слоя в одну (смешение всех компонентов (растворители, соединения переходных и щелочных и щелочноземельных металлов, полимеры и пластификаторы)) с последующим заполнением промежутка между подложками в случае жидкостей и гелей, и изготовлением и триплексованием пленки в случае термохромного устройства по Варианту 3.The production technology of the inventive thermochromic device differs from the prototype production technology in simplicity and low cost by combining all stages of the synthesis of the thermochromic layer into one (mixing all components (solvents, transition and alkali and alkaline earth metal compounds, polymers and plasticizers)), followed by filling the gap between the substrates in the case of liquids and gels, and the manufacture and triplexing of the film in the case of a thermochromic device according to
Как видно из примеров, отношение D70/D20 в большинстве случаев превосходит наиболее высокие результаты, достигнутые в прототипе. Например, в случае жидких (Табл.2, примеры 2, 3, 17, 28, фигуры 3, 4, 16, 27) и гелеобразных (выполненных на основе этих же жидкостей) термохромных слоев уменьшение исходного уровня светопропускания Т (~70-80% при 20-25°C, что соответствует оптической плотности D=lg(100/T)=~0.15-0.10) при повышении температуры до 65-70°C в ~7-8 и более раз (при этом оптическая плотность меняется в ~7-10 и более раз и составляет ~1) достигается при толщинах термохромного слоя 0.04-0.1 мм, в то время как в примерах прототипа (все примеры по жидкостям из описания прототипа, а также Examples 189-214) такие результаты достигаются только лишь при толщинах 0.8 мм и более, что соответствует верхнему пределу толщины поливинилбутиральных пленок, обычно используемых для автомобильных триплексов (0.4-1 мм).As can be seen from the examples, the ratio of D 70 / D 20 in most cases exceeds the highest results achieved in the prototype. For example, in the case of liquid (Table 2, examples 2, 3, 17, 28, figures 3, 4, 16, 27) and gel-like (made on the basis of the same liquids) thermochromic layers, a decrease in the initial level of light transmission T (~ 70-80 % at 20-25 ° C, which corresponds to an optical density of D = log (100 / T) = ~ 0.15-0.10) when the temperature rises to 65-70 ° C by ~ 7-8 or more (the optical density changes by ~ 7-10 or more times and is ~ 1) is achieved with a thermochromic layer thickness of 0.04-0.1 mm, while in the examples of the prototype (all examples of liquids from the description of the prototype, as well as Examples 189-214), such results tats are achieved only at thicknesses of 0.8 mm and more, which corresponds to the upper limit of the thickness of polyvinyl butyral films commonly used for automobile triplexes (0.4-1 mm).
Это означает, что термохромный слой устройства прототипа будет содержать предельно высокие концентрации комплексов переходных металлов и лигандов, что, в принципе, может приводить к химической неустойчивости таких систем и увеличению светорассеяния устройства. Либо для повышения устойчивости в устройствах прототипа придется использовать еще более толстые термохромные слои, а в заявляемом нами устройстве мы имеем возможность в десятки раз понизить концентрацию соединений переходных металлов. При этом толщина термохромного слоя, оптимально регулирующего пропускание световых и тепловых потоков, все еще будет оставаться менее 1 мм.This means that the thermochromic layer of the prototype device will contain extremely high concentrations of transition metal complexes and ligands, which, in principle, can lead to chemical instability of such systems and increase the light scattering of the device. Or, to increase the stability in the prototype devices, it will be necessary to use even thicker thermochromic layers, and in the device we declare, we have the opportunity to lower the concentration of transition metal compounds by a factor of ten. At the same time, the thickness of the thermochromic layer that optimally regulates the transmission of light and heat fluxes will still remain less than 1 mm.
В случае термохромных слоев, заявляемых по Варианту 3 и описанных в примерах 36-45, 49, 50, 53, 56-58 (Табл.4.1-4.4), уменьшение исходного уровня светопропускания ~70-80% (оптическая плотность 0.1-0.15 при 20-25°C) в ~12 и более раз (при этом пропускание уменьшается до 6.7-4.5%, а оптическая плотность увеличивается до 1.2-1.35) при повышении температуры до 65-70°C достигается при толщинах термохромного слоя 0.1-0.2 мм, в то время как в примерах прототипа (Examples 189-214) наилучшие результаты (изменение оптической плотности в 7-8 раз) достигаются, в основном, при толщинах 0.8 мм и более, что соответствует верхнему пределу толщины поливинилбутиральных пленок, обычно используемых для автомобильных триплексов (0.4-1 мм). Более высокая эффективность разработанных нами термохромных слоев обеспечивает возможность снижения концентраций соединений переходных металлов, либо толщины термохромного слоя, что позволяет упростить процесс изготовления термохромных устройств, а также способствует понижению уровня их светорассеяния и повышению их химической устойчивости.In the case of thermochromic layers, claimed according to
Преимущество выполнения термохромного слоя в виде полимерной пленки в заявляемом нами устройстве заключается в возможности использования стандартного промышленного оборудования и стандартной либо упрощенной, по сравнению со стандартной, технологий, применяемых как при изготовлении пленки, так и при изготовлении стеклотриплексов (например, автомобильного триплекса). В отличие от термохромных устройств прототипа упрощение технологического процесса изготовления разработанного нами термохромного устройства достигается за счет исключительного использования готовых и легкодоступных реактивов, а также объединения всех стадий синтеза в одну, сводящуюся к смешению всех компонентов и прогреву при температурах 60-100°C в течение относительно непродолжительного времени (максимум - в течение 1 часа) с последующим нанесением пленкообразующей композиции на подложку и сушки до достижения оптимальных концентраций растворителя.The advantage of performing a thermochromic layer in the form of a polymer film in the device we declare is the possibility of using standard industrial equipment and standard or simplified, compared with standard, technologies used both in the manufacture of film and in the manufacture of glass triplexes (for example, automobile triplex). In contrast to the thermochromic devices of the prototype, the simplification of the manufacturing process of the thermochromic device developed by us is achieved through the exclusive use of ready-made and readily available reagents, as well as combining all stages of the synthesis into one, which reduces to mixing all components and heating at temperatures of 60-100 ° C for relatively a short time (maximum - within 1 hour), followed by applying a film-forming composition to a substrate and drying to achieve optimal concentration s solvent.
На чертежах представлены графики спектров оптической плотности термохромного слоя при двух температурах. По горизонтальной оси (оси абсцисс) отложены длины волн в нанометрах λ (нм), а по вертикальной оси (оси ординат) - величины оптической плотности термохромного слоя D=lg(100/Т), где Т - пропускание термохромного слоя. Спектры приведены к толщине поглощающего слоя 1 мм. На всех фигурах спектры с меньшими значениями оптической плотности (на длине волны, указанной в Таблицах 2, 3, 4.6) отвечают температуре 20°C, а спектры с большими значениями оптической плотности отвечают температуре 60°C, за исключением Фигур 19-23, 32-34, для которых температура нагрева составляла 50°C.The drawings show graphs of the optical density spectra of the thermochromic layer at two temperatures. The horizontal axis (abscissa axis) shows wavelengths in nanometers λ (nm), and the vertical axis (ordinate axis) shows the optical density of the thermochromic layer D = log (100 / T), where T is the transmission of the thermochromic layer. The spectra are reduced to an absorbing layer thickness of 1 mm. In all figures, spectra with lower optical densities (at the wavelength indicated in Tables 2, 3, 4.6) correspond to a temperature of 20 ° C, and spectra with large optical densities correspond to a temperature of 60 ° C, with the exception of Figures 19-23, 32 -34, for which the heating temperature was 50 ° C.
На Фиг.1 представлены спектры поглощения в видимом диапазоне термохромного материала, описанного в примере 1 (Табл.2) и примере 35 (Табл.3).Figure 1 presents the absorption spectra in the visible range of the thermochromic material described in example 1 (Table 2) and example 35 (Table 3).
На Фиг.2 представлены спектры поглощения в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне термохромного материала, описанного в примере 1 (Табл.2) и примере 35 (Табл.3).Figure 2 presents the absorption spectra in the near infrared (IR) range of the thermochromic material described in example 1 (Table 2) and example 35 (Table 3).
На Фиг.3 представлены спектры поглощения в термохромного материала, описанного в примере 2 (Табл.2).Figure 3 presents the absorption spectra in the thermochromic material described in example 2 (Table 2).
На Фиг.4 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 3 (Табл.2).Figure 4 presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 3 (Table 2).
На Фиг.5 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 4 (Табл.2).Figure 5 presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 4 (Table 2).
На Фиг.6 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 7 (Табл.2).Figure 6 presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 7 (Table 2).
На Фиг.7 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 8 (Табл.2).Figure 7 presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 8 (Table 2).
На Фиг.8 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 9 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 9 (Table 2).
На Фиг.9 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 10 (Табл.2).Figure 9 presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 10 (Table 2).
На Фиг.10 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 11 (Табл.2).Figure 10 presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 11 (Table 2).
На Фиг.11 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 12 (Табл.2).Figure 11 presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 12 (Table 2).
На Фиг.12 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 13 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 13 (Table 2).
На Фиг.13 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 14 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 14 (Table 2).
На Фиг.14 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 15 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 15 (Table 2).
На Фиг.15 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 16 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 16 (Table 2).
На Фиг.16 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 17 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 17 (Table 2).
На Фиг.17 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 18 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 18 (Table 2).
На Фиг.18 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 19 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 19 (Table 2).
На Фиг.19 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 20 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 20 (Table 2).
На Фиг.20 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 21 (Табл.2).Figure 20 presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 21 (Table 2).
На Фиг.21 представлены спектры поглощения в видимом диапазоне термохромного материала, описанного в примере 22 (Табл.2) и в примере 33 (Табл.3).On Fig presents absorption spectra in the visible range of the thermochromic material described in example 22 (Table 2) and in example 33 (Table 3).
На Фиг.22 представлены спектры поглощения в ближнем ИК диапазоне термохромного материала, описанного в примере 22 (Табл.2) и в примере 33 (Табл.3).On Fig presents absorption spectra in the near infrared range of the thermochromic material described in example 22 (Table 2) and in example 33 (Table 3).
На Фиг.23 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 23 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 23 (Table 2).
На Фиг.24 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 25 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 25 (Table 2).
На Фиг.25 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 26 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 26 (Table 2).
На Фиг.26 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 27 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 27 (Table 2).
На Фиг.27 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 28 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 28 (Table 2).
На Фиг.28 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 32 (Табл.2).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 32 (Table 2).
На Фиг.29 представлен спектр поглощения раствора пикриновой кислоты (Табл.2). Спектр приведен к концентрации пикриновой кислоты 0.01 моль/л и толщине поглощающего слоя 1 мм. Спектр был измерен при 20°C.On Fig presents the absorption spectrum of a solution of picric acid (Table 2). The spectrum is reduced to a picric acid concentration of 0.01 mol / L and an absorbing layer thickness of 1 mm. The spectrum was measured at 20 ° C.
На Фиг.30 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 66 (Табл.4.6).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 66 (Table 4.6).
На Фиг.31 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 67 (Табл.4.6).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 67 (Table 4.6).
На Фиг.32 представлены спектры поглощения в видимом диапазоне термохромного материала, описанного в примере 69 (Табл.4.6).On Fig presents absorption spectra in the visible range of the thermochromic material described in example 69 (Table 4.6).
На Фиг.33 представлены спектры поглощения в ближнем ИК диапазоне термохромного материала, описанного в примере 69 (Табл.4.6).On Fig presents absorption spectra in the near infrared range of the thermochromic material described in example 69 (Table 4.6).
На Фиг.34 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 70 (Табл.4.6).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 70 (Table 4.6).
На Фиг.35 представлены спектры поглощения в видимом диапазоне термохромного материала, описанного в примере 71 (Табл.4.6).On Fig presents absorption spectra in the visible range of the thermochromic material described in example 71 (Table 4.6).
На Фиг.36 представлены спектры поглощения в ближнем ИК диапазоне термохромного материала, описанного в примере 71 (Табл.4.6).On Fig presents absorption spectra in the near infrared range of the thermochromic material described in example 71 (Table 4.6).
На Фиг.37 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 72 (Табл.4.6).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 72 (Table 4.6).
На Фиг.38 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 73 (Табл.4.6).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 73 (Table 4.6).
На Фиг.39 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 74 (Табл.4.6).On Fig presents the absorption spectra of the thermochromic material described in example 74 (Table 4.6).
Изготовление термохромного устройства осуществляется следующим образом:The manufacture of a thermochromic device is as follows:
Пример 1. Изготовление термохромного устройства по варианту 1 в соответствии с пунктами 1-4 и 6 формулыExample 1. The manufacture of a thermochromic device according to
Готовят состав термохромного слоя (рецептуры приведены в Таблице 2 (примеры 1-32), для чего все компоненты одновременно смешивают и прогревают смесь с перемешиванием при 60-100°C в течение 15-30 мин до полного растворения компонентов (до исчезновения осадка). Полученный состав охлаждают. Заранее изготовленный однокамерный или многокамерный стеклопакет, камеры которого образованы листами стекла либо листами полимера с прозрачностью, предпочтительно, не менее 90% и которые могут быть упрочнены фиксаторами толщины зазора, заполняют жидкостями, приготовленными по Варианту 1, подобрав концентрации компонентов и толщину слоев расчетным путем, исходя из спектров поглощения, для достижения желаемой цветовой гаммы и степени потемнения при срабатывании, и герметизируют.The composition of the thermochromic layer is prepared (the formulations are shown in Table 2 (examples 1-32), for which all components are simultaneously mixed and the mixture is heated with stirring at 60-100 ° C for 15-30 minutes until the components are completely dissolved (until the precipitate disappears). The pre-fabricated single-chamber or multi-chamber double-glazed unit, the chambers of which are formed by glass sheets or polymer sheets with a transparency, preferably not less than 90%, and which can be strengthened by the gaps of the thickness of the gap, are filled with liquids when otovlennymi according to
На базе описанного однокамерного или многокамерного герметичного стеклопакета, заполненного термохромными жидкостями, собирают оконный стеклопакет по общеизвестной технологии, содержащий промежуток, заполненный воздухом или инертным газом, а также низкоэмиссионное покрытие (Low E), нанесенное с целью предохранения от повреждения на одну из внутренних поверхностей стеклопакета. Такая конструкция обеспечивает автоматическое регулирование освещенности помещения, а также энергосбергающий эффект при использовании заявляемого нами термохромного устройства в качестве оконного стеклопакета или структурного остекления стен.Based on the described single-chamber or multi-chamber sealed double-glazed window filled with thermochromic liquids, a window double-glazed window is assembled according to well-known technology, containing a gap filled with air or inert gas, as well as a low-emission coating (Low E), applied to protect one of the internal surfaces of the glass from damage . This design provides automatic control of the illumination of the room, as well as energy-saving effect when using the claimed thermochromic device as a window glass or structural glazing of walls.
Пример 2. Изготовление термохромного устройства по варианту 2 в соответствии с пунктами 7-10, 12 формулыExample 2. The manufacture of a thermochromic device according to
Готовят состав термохромного слоя (рецептуры приведены в Таблице 3 (пример 33)), для чего все компоненты, за исключением сополимера акриловой кислоты и полиаллиловых эфиров пентаэритрита (САКАПа), одновременно смешивают и прогревают смесь с перемешиванием при 100°C в течение 15-30 мин до полного растворения компонентов (до исчезновения осадка). Полученный состав охлаждают, добавляют САКАП (в количестве, указанном в Таблице 3 (пример 33)), перемешивают и заливают при комнатной температуре в заранее изготовленный однокамерный или многокамерный стеклопакет, камеры которого образованы листами стекла либо листами полимера с прозрачностью, предпочтительно, не менее 90% и которые могут быть упрочнены фиксаторами толщины зазора, и герметизируют. Концентрации компонентов и толщину слоев подбирают, исходя из необходимости достижения желаемой цветовой гаммы и степени потемнения при срабатывании.The composition of the thermochromic layer is prepared (the formulations are shown in Table 3 (Example 33)), for which all components, except for the copolymer of acrylic acid and polyallyl pentaerythritol esters (SAKAP), are simultaneously mixed and the mixture is heated with stirring at 100 ° C for 15-30 min until the components are completely dissolved (until the precipitate disappears). The resulting composition is cooled, SAKAP is added (in the amount indicated in Table 3 (Example 33)), mixed and poured at room temperature into a prefabricated single-chamber or multi-chamber double-glazed unit, the chambers of which are formed by glass sheets or polymer sheets with a transparency, preferably not less than 90 % and which can be hardened by clamps of the thickness of the gap, and seal. The concentrations of the components and the thickness of the layers are selected based on the need to achieve the desired color gamut and the degree of darkening when triggered.
На базе описанного однокамерного или многокамерного герметичного стеклопакета, заполненного термохромными гелями, собирают оконный стеклопакет по общеизвестной технологии, содержащий промежуток, заполненный воздухом или инертным газом, а также низкоэмиссоннное покрытие (Low E), нанесенное с целью предохранения от повреждения на одну из внутренних поверхностей стеклопакета. Такая конструкция обеспечивает автоматическое регулирование освещенности помещения, а также энергосбергающий эффект при использовании заявляемого нами термохромного устройства в качестве оконного стеклопакета или структурного остекления стен.Based on the described single-chamber or multi-chamber sealed double-glazed window filled with thermochromic gels, a window double-glazed window is assembled according to well-known technology, containing a gap filled with air or inert gas, as well as a low-emission coating (Low E), applied to protect one of the internal surfaces of the glass from damage . This design provides automatic control of the illumination of the room, as well as energy-saving effect when using the claimed thermochromic device as a window glass or structural glazing of walls.
Пример 3. Изготовление термохромного устройства по варианту 2 в соответствии с пунктами 7-10, 12 формулы.Example 3. The manufacture of a thermochromic device according to
Все компоненты в исходных количествах (рецептура композиции приведена в Таблице 3 (пример 34)) одновременно смешивают, затем кипятят полученную смесь с обратным холодильником в течение 1 часа до полного растворения компонентов (до исчезновения осадка). Полученный состав охлаждают до температуры, отвечающей приемлемой вязкости (например, 60°C), и заливают в заранее изготовленный однокамерный или многокамерный стеклопакет, камеры которого образованы листами стекла либо листами полимера, предпочтительно, с прозрачностью не менее 90-92% и которые могут быть упрочнены фиксаторами толщины зазора, и герметизируют. Концентрации компонентов и толщину слоев подбирают, исходя из необходимости достижения желаемой цветовой гаммы и степени потемнения при срабатывании.All components in the original quantities (the formulation of the composition are shown in Table 3 (example 34)) are simultaneously mixed, then the mixture is refluxed for 1 hour until the components are completely dissolved (until the precipitate disappears). The resulting composition is cooled to a temperature corresponding to an acceptable viscosity (for example, 60 ° C), and poured into a prefabricated single-chamber or multi-chamber double-glazed unit, the chambers of which are formed by glass sheets or polymer sheets, preferably with a transparency of at least 90-92% and which can be reinforced with clamps of the thickness of the gap, and seal. The concentrations of the components and the thickness of the layers are selected based on the need to achieve the desired color gamut and the degree of darkening when triggered.
На базе описанного однокамерного или многокамерного герметичного стеклопакета, заполненного термохромными гелями, собирают оконный стеклопакет по общеизвестной технологии, содержащий промежуток, заполненный воздухом или инертным газом, а также низкоэмиссоннное покрытие (Low E).Based on the described single-chamber or multi-chamber sealed double-glazed window filled with thermochromic gels, a window double-glazed window is assembled according to well-known technology, containing a gap filled with air or inert gas, as well as a low emission coating (Low E).
Пример 4. Изготовление термохромного устройства по варианту 2 в соответствии с пунктами 7-10, 12 формулыExample 4. The manufacture of a thermochromic device according to
10-30 г желатина добавляют к 250 г холодной воды и оставляют на 30-40 минут набухать, затем добавляют остальные компоненты (рецептура композиции приведена в Таблице 3 (пример 35)), смешивают, добавляют или не добавляют к смеси еще воды вплоть до ее содержания, равного 1000-1250 г (в зависимости от желаемой вязкости), затем кипятят полученную смесь с обратным холодильником до полного растворения компонентов (до исчезновения осадка), затем процеживают, охлаждают до температуры, отвечающей приемлемой вязкости, и заливают в заранее изготовленный однокамерный или многокамерный стеклопакет, камеры которого образованы листами стекла, либо листами полимера, предпочтительно, с прозрачностью не менее 90-92% и которые могут быть упрочнены фиксаторами толщины зазора, и герметизируют. Концентрации компонентов и толщину слоев подбирают исходя из необходимости достижения желаемой цветовой гаммы и степени потемнения при срабатывании.10-30 g of gelatin is added to 250 g of cold water and left to swell for 30-40 minutes, then the remaining components are added (the composition of the composition is shown in Table 3 (example 35)), mixed, still water is added or not added to the mixture until its content equal to 1000-1250 g (depending on the desired viscosity), then the resulting mixture is refluxed until the components are completely dissolved (until the precipitate disappears), then it is filtered, cooled to a temperature corresponding to an acceptable viscosity, and poured into a prefabricated single chamber minutes or multichamber glazing, which chamber are formed by sheets of glass or polymer sheets, preferably with transparency of not less than 90-92% and which can be hardened locks the gap thickness, and sealed. The concentration of the components and the thickness of the layers are selected based on the need to achieve the desired color gamut and the degree of darkening when triggered.
На базе описанного однокамерного или многокамерного герметичного стеклопакета, заполненного термохромными гелями, собирают оконный стеклопакет по общеизвестной технологии, аналогично приведенной в Примере 3.On the basis of the described single-chamber or multi-chamber sealed double-glazed window filled with thermochromic gels, a window double-glazed window is assembled using well-known technology similar to that described in Example 3.
Пример 5. Изготовление термохромного устройства по варианту 3 в соответствии с пунктами 13-16, 18-20 формулы.Example 5. The manufacture of a thermochromic device according to
Все компоненты в исходных количествах (рецептура приведена в Таблицах 4.1-4.6 (примеры 36-74)) одновременно смешивают. В качестве водорастворимого полимера на основе винила используют поливиниловый спирт по ТУ-6-05-041-548-74. Затем полученную смесь кипятят с обратным холодильником в течение ~1 ч до полного растворения компонентов (до исчезновения осадка). Полученный состав после охлаждения или горячим (в зависимости от вязкости) с помощью экструдера, либо поливом через фильеру наносят на поверхность листа стекла, либо листа полимера, предпочтительно, с прозрачностью не менее 90-92%. Сушку ведут при 60-90°C в течение 4 или более минут до появления нужного оттенка материала (пурпурного - в случае примеров 36-68, 72 (слой 2), 73, 74 (Табл.4.1-4.6)). Контроль за сушкой осуществляют спектрофотометрически по оптическим плотностям в полосах поглощения октаэдрических (400-550 нм) и тетраэдрических (600-800 нм) комплексов кобальта (II) (в случае примеров 36-68, 72 (слой 2), 73, 74 (Табл.4.1-4.6)) и никеля (II) (в случае примеров 69, 70 (Табл.4.6)), а также в полосе переноса заряда комплексов меди (II) в области 500-650 нм (в случае примеров 71, 72 (слой 1) (Табл.4.6)). Затем производят ламинирование с использованием второй подложки из стекла или из полимера с прозрачностью, предпочтительно, не менее 90-92% по стандартной автоклавной технологии (примеры 36-68, 71-73 (Табл.4.1-4.6)).All components in the original quantities (the formulation is shown in Tables 4.1-4.6 (examples 36-74)) are simultaneously mixed. Polyvinyl alcohol according to TU-6-05-041-548-74 is used as a water-soluble vinyl-based polymer. Then, the resulting mixture was refluxed for ~ 1 h until the components were completely dissolved (until the precipitate disappeared). After cooling, the resulting composition is either applied hot (depending on viscosity) using an extruder or by pouring through a die onto the surface of a glass sheet or a polymer sheet, preferably with a transparency of at least 90-92%. Drying is carried out at 60-90 ° C for 4 or more minutes until the desired shade of the material (magenta - in the case of examples 36-68, 72 (layer 2), 73, 74 (Table 4.1-4.6)). Drying is controlled spectrophotometrically by optical densities in the absorption bands of octahedral (400-550 nm) and tetrahedral (600-800 nm) cobalt (II) complexes (in the case of examples 36-68, 72 (layer 2), 73, 74 (Table .4.1-4.6)) and nickel (II) (in the case of examples 69, 70 (Table 4.6)), as well as in the charge transfer band of copper (II) complexes in the region of 500-650 nm (in the case of examples 71, 72 ( layer 1) (Table 4.6)). Then, lamination is performed using a second glass or polymer substrate with a transparency, preferably at least 90-92%, using a standard autoclave technology (Examples 36-68, 71-73 (Table 4.1-4.6)).
При необходимости снизить температуру триплексования до величин, не превышающих 120°C, с целью предохранения от разрушения высокоэффективных комплексов переходных металлов, которые оказались бы неустойчивыми при более высоких температурах, а также с целью обеспечения экономии электроэнергии используют составы термохромных слоев, приведенные в примерах 69, 70, 74 (Табл.4.6).If necessary, reduce the triplexing temperature to values not exceeding 120 ° C, in order to prevent the destruction of highly efficient transition metal complexes that would be unstable at higher temperatures, and also in order to ensure energy savings, use the compositions of thermochromic layers shown in examples 69, 70, 74 (Table 4.6).
С целью получения дополнительной по отношению к приведенным примерам 36-71, 73, 74 (Табл.4.1-4.6) цветовой гаммы термохромные слои могут быть объединены в многослойный триплекс (пример 72 (Табл.4.6)), в котором термохромные слои могут быть разделены слоями стекла либо полимера, либо фото-, или термо-, или химически отверждаемой композиции на основе смесей мономеров и олигомеров производных ненасыщенных кислот (по пункту 19 формулы). При необходимости отдельного хранения термохромного слоя (пленки) вплоть до последующего его триплексования (ламинирования) термохромный состав наносят на поверхность с низкой адгезией, сушат, как описано выше, а затем снимают с поверхности и хранят, предварительно переложив полученные слои материалом с низкой адгезией с целью предохранения термохромных слоев от слипания.In order to obtain an additional color gamut with respect to the examples 36-71, 73, 74 (Table 4.1-4.6), the thermochromic layers can be combined into a multilayer triplex (Example 72 (Table 4.6)), in which the thermochromic layers can be separated layers of glass or polymer, or photo-, or thermo-, or chemically curable compositions based on mixtures of monomers and oligomers of unsaturated acid derivatives (according to paragraph 19 of the formula). If it is necessary to separately store the thermochromic layer (film) up to its subsequent triplexation (lamination), the thermochromic composition is applied to the surface with low adhesion, dried as described above, and then removed from the surface and stored, after having transferred the obtained layers with a material with low adhesion for the purpose protection of thermochromic layers from sticking.
На базе описанного однослойного или многослойного термохромного триплекса собирают оконный стеклопакет по общеизвестной технологии, содержащий промежуток, заполненный воздухом или инертным газом, а также включающий низкоэмиссоннное покрытие (Low E), нанесенное с целью предохранения его от повреждения на одну из внутренних поверхностей стеклопакета. Такая конструкция обеспечивает автоматическое регулирование освещенности помещения, а также энергосбергающий эффект при использовании заявляемого нами термохромного устройства в качестве оконного стеклопакета или структурного остекления стен.On the basis of the described single-layer or multilayer thermochromic triplex, a window pane is assembled according to well-known technology, containing a gap filled with air or inert gas, and also including a low emissivity coating (Low E), applied to protect it from damage on one of the inner surfaces of the glass pane. This design provides automatic control of the illumination of the room, as well as energy-saving effect when using the claimed thermochromic device as a window glass or structural glazing of walls.
Энергосбергающий эффект по Варианту 3, так же как и по Вариантам 1 и 2 достигается благодаря тому, что в холодное время года (зимой) термохромный слой, оптимизированный на «срабатывание» в диапазоне температур выше «комфортной» (20-25°C), остается высокопропускающим. Поэтому солнечные свет и тепло беспрепятственно проникают через окно внутрь помещения, либо при использовании конструкции в качестве «структурного» остекления (вместо штукатурки) попадают на стену здания и нагревают ее. Поскольку нагретые стена и помещение излучают тепло в далеком ИК диапазоне (10 мкм), то низкоэмиссионное покрытие не выпускает его наружу, обеспечивая энергосбережение. В теплое время года (летом) при использовании этой конструкции в качестве оконного остекления термохромный слой «срабатывает», его пропускание света и тепла уменьшается. При этом достигается автоматическое регулирование освещенности в помещении, а вся солнечная энергия, поглощенная термохромным слоем, приводит к его нагреву и излучается в далеком ИК диапазоне и, следовательно, отражается наружу низкоэмиссионным покрытием, нанесенным на одну из внутренних по отношению к помещению поверхностей конструкции. При использовании этой конструкции в качестве «структурного» остекления летом вся солнечная энергия, поглощаемая термохромным слоем, отражается наружу в далеком ИК диапазоне, не создавая слепящего эффекта, в отличие от известных солцезащитных устройств с постоянным отражением.The energy-saving effect according to
Пример 6. Изготовление термохромного устройства по варианту 3 (пункт 17 формулы).Example 6. The manufacture of a thermochromic device according to option 3 (paragraph 17 of the formula).
Готовят однослойный либо многослойный термохромный триплекс по варианту 3, согласно Примеру 5 изготовления термохромного устройства. При этом, по крайней мере, один из термохромных слоев составлен (выполнен) в виде мозаичной картины (или витража) из кусков термохромного слоя различной термохромной эффективности и/или цвета, что обеспечивает неоднородную по площади окраску термохромного устройства и изменение сюжета витража в зависимости от освещенности и погодных условий.Prepare a single-layer or multi-layer thermochromic triplex according to
Пример 7. Изготовление термохромного устройства по варианту 1 (пункт 5 формулы), по варианту 2 (пункт 11 формулы) и по варианту 3 (пункт 17 формулы)Example 7. The manufacture of a thermochromic device according to option 1 (
Готовят однослойный либо многослойный термохромный стеклопакет по варианту 1, либо 2, или однослойный либо многослойный триплекс по варианту №3, согласно Примерам 1, 2-4 и 5 соответственно изготовления термохромного устройства. При этом, по меньшей мере, одна из подложек стеклопакета (триплекса) содержит прозрачное токопроводящее покрытие, обеспечивающее неравномерный по площади нагрев термохромного слоя или термохромных слоев, приводящий к неоднородной по площади окраске термохромного устройства, которая изменяется или не изменяется во времени.Prepare a single-layer or multi-layer thermochromic double-glazed window according to
Представленные примеры изготовления заявленного продукта показывают, что технологический процесс изготовления термохромных устройств упрощается по сравнению с известными решениями в данной области, а также показывают особенную доступность создания готовых изделий, включающих стеклянные и полимерные поверхности (подложки) сложной конфигурации (по жидкостным и «гелевым» вариантам), что особенно важно при изготовлении стеклянных или полимерных колпаков, фонарей и т.п. В предлагаемых вариантах нового изобретения, как правило, используются нетоксичные или малотоксичные вещества. В том числе достигается снижение токсичности производства и эксплуатации, упрощается технологический процесс за счет уменьшения числа стадий синтеза термохромных слоев, а также сокращения длительности и трудоемкости процесса сушки. Использование выбранных водосодержащих материалов способствует снижению температур синтеза, обеспечивая создание комплексов сильного поля, позволяют создавать термохромные слои, обладающие повышенной термохромной эффективностью D70/D20 (отношение оптических плотностей при температурах 70°C и 20°C) при толщинах менее 0.1 мм.The presented examples of manufacturing the claimed product show that the technological process for manufacturing thermochromic devices is simplified in comparison with the known solutions in this field, and also show the special availability of creating finished products, including glass and polymer surfaces (substrates) of complex configuration (in liquid and "gel" options ), which is especially important in the manufacture of glass or polymer caps, lamps, etc. In the proposed variants of the new invention, as a rule, non-toxic or low-toxic substances are used. In particular, a reduction in the toxicity of production and operation is achieved, the process is simplified by reducing the number of stages of the synthesis of thermochromic layers, as well as reducing the duration and complexity of the drying process. The use of selected water-containing materials helps to reduce the synthesis temperature, providing the creation of strong field complexes, and allows you to create thermochromic layers with increased thermochromic efficiency D 70 / D 20 (the ratio of optical densities at temperatures of 70 ° C and 20 ° C) at thicknesses less than 0.1 mm.
Наиболее выгодным на сегодняшний день направлением использования разработанного нами энергосберегающего светорегулирующего термохромного остекления (ЭСТО) в целях энергосбережения представляется его применение в качестве внешнего остекления в составе стеклопакета с покрытием Low E.The most profitable way of using the energy-saving light-regulating thermochromic glazing (ESTO) developed by us for energy saving purposes is its use as an external glazing as a part of a double-glazed window coated with Low E.
Составы ЭСТО оптимизированы таким образом, что при температурах, меньших 20°C (например, зимой), достигается максимальное поступление света и тепла в помещение, способствуя снижению расходов на отопление. Летом, при температурах больших 20°C, наоборот, ЭСТО будет уменьшать поступление света и тепла в помещение, тем самым снижая затраты на кондиционирование и устраняя избыточную освещенность.ESTO compositions are optimized in such a way that, at temperatures lower than 20 ° C (for example, in winter), the maximum influx of light and heat into the room is achieved, helping to reduce heating costs. In summer, at temperatures higher than 20 ° C, on the contrary, ESTO will reduce the flow of light and heat into the room, thereby reducing air conditioning costs and eliminating excessive lighting.
В целом преимуществами ЭСТО являются: автоматический автономный режим регулирования солнечного излучения без энергопотребления и систем регулирования, источников питания; отсутствие отражения света в видимом диапазоне (отсутствие слепящего эффекта); относительные простота технологии производства, дешевизна, нетоксичность и доступность сырья.In general, the advantages of ESTO are: automatic autonomous mode for regulating solar radiation without energy consumption and regulation systems, power sources; lack of light reflection in the visible range (no glare effect); relative simplicity of production technology, low cost, non-toxicity and availability of raw materials.
Долговечность ЭСТО составляет более 10 лет, а его стоимость намного ниже в сравнении с аналогами, наиболее близкими по свойствам.The durability of ESTO is more than 10 years, and its cost is much lower in comparison with analogues that are closest in properties.
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010122696/28A RU2449331C2 (en) | 2010-05-26 | 2010-05-26 | Thermochromic device (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010122696/28A RU2449331C2 (en) | 2010-05-26 | 2010-05-26 | Thermochromic device (versions) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010122696A RU2010122696A (en) | 2011-12-10 |
RU2449331C2 true RU2449331C2 (en) | 2012-04-27 |
Family
ID=45405244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010122696/28A RU2449331C2 (en) | 2010-05-26 | 2010-05-26 | Thermochromic device (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2449331C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU184185U1 (en) * | 2018-08-09 | 2018-10-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Термо Глас" | INFRARED ELECTRIC HEATER |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013073985A1 (en) * | 2011-11-15 | 2013-05-23 | МАКСИМОВ, Леонид Владимирович | Thermochromic device (alternative embodiments) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3192101A (en) * | 1962-11-19 | 1965-06-29 | Du Pont | Safety glass |
US4401690A (en) * | 1982-02-01 | 1983-08-30 | Ppg Industries, Inc. | Thermochromic vanadium oxide with depressed switching temperature |
RU2301974C1 (en) * | 2005-12-20 | 2007-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" (ГУ КузГТУ) | Reversible bimetallic temperature indicators |
-
2010
- 2010-05-26 RU RU2010122696/28A patent/RU2449331C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3192101A (en) * | 1962-11-19 | 1965-06-29 | Du Pont | Safety glass |
US4401690A (en) * | 1982-02-01 | 1983-08-30 | Ppg Industries, Inc. | Thermochromic vanadium oxide with depressed switching temperature |
RU2301974C1 (en) * | 2005-12-20 | 2007-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" (ГУ КузГТУ) | Reversible bimetallic temperature indicators |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU184185U1 (en) * | 2018-08-09 | 2018-10-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Термо Глас" | INFRARED ELECTRIC HEATER |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010122696A (en) | 2011-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ghosh et al. | Advances in switchable and highly insulating autonomous (self-powered) glazing systems for adaptive low energy buildings | |
US11079617B2 (en) | Optical filter comprising a variable transmittance layer | |
CN110636940B (en) | High performance privacy glazing structure | |
EP2038233B1 (en) | Infrared radiation reflecting insulated glazing unit | |
US7919158B2 (en) | Infrared radiation reflecting insulated glazing unit | |
US20130286461A1 (en) | Synergistic reversible chromism | |
US9465239B2 (en) | Color neutral thermochromic layers and laminates | |
US9128307B2 (en) | Enhanced thermochromic window which incorporates a film with multiple layers of alternating refractive index | |
CN105645789B (en) | A kind of thermal barrier hollow glass | |
WO2016108759A1 (en) | Panel design for smart windows with ultra large solar modulation and large thermal mass | |
JP3968432B2 (en) | Light control mirror glass using magnesium / nickel alloy thin film | |
RU2449331C2 (en) | Thermochromic device (versions) | |
CN113677520A (en) | Composite glass pane with a sun protection coating and a heat-ray reflection coating | |
RU2539980C2 (en) | Dimming thermochromic device | |
WO2013073985A1 (en) | Thermochromic device (alternative embodiments) | |
JP2004529793A (en) | Glazing laminate | |
JP2004139134A (en) | Light controlling mirror glass using magnesium-nickel alloy thin film and its manufacturing method | |
WO2005072953A1 (en) | Laminated windows that are resistant to extreme heat or fire conditions | |
KR102620804B1 (en) | Smart windows assembly | |
JPH06199546A (en) | Photochromic laminated glass and photochromic multi-layered material | |
EP3728476B1 (en) | Passive thermally driven variable opacity materials | |
RU2294944C2 (en) | Absorbing infrared radiation butyric resin composition, the layer manufactured out of this composition and the multilayer glass containing the layer | |
WO2005072952A1 (en) | Laminated windows that are resistant to extreme heat or fire conditions | |
JPS5954647A (en) | Selective light-transmitting safety glass | |
Fricke et al. | Modern Windows |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130527 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150610 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180527 |