一種新型智能調(diào)光玻璃用的組合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種節(jié)能材料，尤其涉及一種新型智能調(diào)光玻璃用的組合物。鑒于目前現(xiàn)有技術(shù)中的智能調(diào)光玻璃存在遮陽效果不夠理想、響應(yīng)速度慢等技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種新型智能調(diào)光玻璃用的組合物，其組分包含：溫敏性聚合物、粘度調(diào)節(jié)劑、紅外吸收功能粒子、大分子溶劑和添加劑。本發(fā)明的新型智能調(diào)光玻璃用的組合物具有自動調(diào)光的作用，達(dá)到冬暖夏涼的效果，且遮陽效果好，而且制備工藝簡單，是一種新穎、有效的節(jié)能降耗玻璃產(chǎn)品材料，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種新型智能調(diào)光玻璃用的組合物

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種節(jié)能材料，涉及一種新型智能調(diào)光玻璃用的組合物。

【背景技術(shù)】
[0002] 在能源供應(yīng)日趨嚴(yán)峻的背景下，節(jié)能降耗已成為人類可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問題。建 筑能耗約占全社會總能耗的30%以上，其中采暖和空調(diào)占20%以上。在建筑四大圍護(hù)部件 中，通過門窗散失的熱量約占整個(gè)建筑采暖和空調(diào)耗能的50%以上。西方發(fā)達(dá)國家自20世 紀(jì)60年代起開展節(jié)能窗的研究工作，如熱反射玻璃，Low-E玻璃等。近年來，隨著技術(shù)的不 斷進(jìn)步，一批新型智能玻璃相繼問世，包括光致變色玻璃、溫致變色玻璃、電致變色玻璃、電 泳玻璃等。
[0003] 溫敏型智能玻璃隨環(huán)境溫度呈現(xiàn)由透明到不透明的相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)溫度低于響應(yīng)溫 度時(shí)，溫敏型智能玻璃具有良好的透光性；當(dāng)溫度高于響應(yīng)溫度時(shí)，該材料的透光性將大幅 下降，直至變得完全不透明。溫敏型智能玻璃可作為智能型溫控材料廣泛用于智能建筑和 節(jié)能環(huán)保建筑中。在溫度低的季節(jié)里，溫敏型智能玻璃能最大限度的讓太陽光透過智能玻 璃進(jìn)入到建筑物內(nèi)；當(dāng)環(huán)境溫度高于人們感到舒適的溫度時(shí)，智能玻璃就會快速的由透明 轉(zhuǎn)為不透明，智能的屏蔽太陽光，從而對建筑物內(nèi)部溫度進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，但并不影響建筑物 內(nèi)部的采光，起到智能調(diào)溫的作用，可顯著降低建筑物采暖和制冷的能耗，因此可廣泛用于 高級大廈、住宅、機(jī)場、碼頭、過街天橋、陽光房等窗戶和屋頂。
[0004] 目前，有關(guān)采用溫敏性聚合物材料的溫敏型智能玻璃的報(bào)道，均采用N-異丙基丙 烯酰胺的均聚物或與其它單體的共聚物作為溫敏性材料制備，如一種報(bào)道是將溫敏性高分 子聚N-異丙基丙烯酰胺水溶液灌注于玻璃夾層制得溫敏型玻璃，在溫度高于響應(yīng)溫度時(shí)， 溫敏性聚合物分子析出，溶液變渾濁，從而達(dá)到玻璃由透光到不透光的轉(zhuǎn)變。但是，該玻璃 如果長時(shí)間處于高于響應(yīng)溫度的狀況下，溫敏性聚合物分子會沉淀出來，并難以恢復(fù)原狀， 使智能調(diào)光玻璃不具有重復(fù)使用功能。另有報(bào)道的溫敏型玻璃是將聚N-異丙基丙烯酰胺 制成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并將其置于玻璃間構(gòu)成，然而聚N-異丙基丙烯酰胺膠體在長時(shí)間高于 響應(yīng)溫度狀況下會發(fā)生收縮，并將吸收的水分排擠出來，使得這種智能調(diào)光玻璃的耐候性 不能滿足實(shí)用要求。中國專利申請201110101849. 4、201110311787· Χ、201110397060· 8也 分別公開了采用聚Ν-異丙基丙烯酰胺及其共聚物制備智能調(diào)光玻璃的方法。以上報(bào)道的 智能調(diào)光玻璃都是只單純的采用溫敏性聚合物作為智能響應(yīng)材料，只單一的對環(huán)境溫度的 高低變化產(chǎn)生響應(yīng)，當(dāng)環(huán)境溫度低于溫敏材料的響應(yīng)溫度，但陽光灼熱感很強(qiáng)的狀況下不 能產(chǎn)生遮陽效果；當(dāng)環(huán)境溫度高于溫敏材料的響應(yīng)溫度，且環(huán)境溫度與溫敏材料的響應(yīng)溫 度差別較小時(shí)，遮陽效果不夠理想，響應(yīng)速度慢，不能有效達(dá)到智能調(diào)光的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的是提供一種即可以對環(huán)境溫度變化進(jìn) 行透光率調(diào)節(jié)，又同時(shí)可以基于對太陽光輻照強(qiáng)度產(chǎn)生響應(yīng)的新型溫敏型智能玻璃，具體 技術(shù)方案：一種新型智能調(diào)光玻璃用的組合物，其中包含：1?10重量份的溫敏性聚合物、 0. 5?5重量份的粘度調(diào)節(jié)劑、0. 1?1. 0重量份的紅外吸收功能粒子、2?10重量份的大 分子溶劑、〇. 1?1. 〇重量份的添加劑。
[0006] 所述的溫敏性聚合物為含有疏水基團(tuán)的水溶性聚乙烯醇，尤其是指聚乙烯醇縮 醛。聚乙烯醇水溶性極佳，是一種用途非常廣泛的水性聚合物材料，常用來制備織物處理 齊U、乳化劑、紙張涂層、粘合劑等。在已報(bào)道的智能調(diào)光玻璃的配方中，通常是將它的交聯(lián)產(chǎn) 物與其它溫敏性聚合物共溶制備互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)，用于防止溫敏性聚合物在溫度響應(yīng)過程 中發(fā)生的體積收縮。在研究中，發(fā)明人意外的發(fā)現(xiàn)，通過將疏水性基團(tuán)引入到聚乙烯醇分子 鏈上來改變聚乙烯醇的水溶性質(zhì)，使其成為具有在特定溫度下產(chǎn)生響應(yīng)的溫敏性聚合物。 作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述的聚乙烯醇縮醛是聚乙烯醇縮丁醛（PVB)、聚乙烯醇縮 甲丁醛（PVF)、聚乙烯醇縮乙醛（PVA)、聚乙烯醇縮甲乙醛（PVFA)、聚乙烯醇縮乙苯甲醛、聚 乙烯醇縮乙丁醛中的一種或多種。
[0007] 通過與不同小分子醛的縮合或共縮合反應(yīng)，制備出具有不同響應(yīng)溫度的溫敏性聚 乙烯醇縮醛。本發(fā)明對發(fā)明人的難點(diǎn)之一是：由于聚乙烯醇縮醛的分子量、醛基含量及羥 基含量對其響應(yīng)溫度、遮陽效果、穩(wěn)定性都有顯著的影響。因此本發(fā)明選擇更優(yōu)的聚乙烯醇 縮醛適用于本發(fā)明。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明智能調(diào)光玻璃中所述的聚乙烯醇縮 醛的分子量為50, 000?150,000,醛基含量10?50%，羥基含量40?80% ;更優(yōu)選地，聚乙 烯醇縮醛分子量為50, 000?100,000,醛基含量20?40%，羥基含量40?60%。在低于響 應(yīng)溫度時(shí)，含疏水性基團(tuán)的聚乙烯醇縮醛聚合物以分子水平溶解于水中形成各向同性水溶 液，呈無色透明狀態(tài)；而高溫下水溶性高分子將發(fā)生微觀層面的體積收縮，形成分子鏈的 微聚集和堆砌，其堆砌密度的差異導(dǎo)致折光率變化使光產(chǎn)生散射，材料轉(zhuǎn)變成白濁遮陽狀 態(tài)。
[0008] 所述的粘度調(diào)節(jié)劑為吸水性樹脂，吸水性樹脂是普遍的；但是適用于本發(fā)明智能 調(diào)光玻璃的吸水性樹脂是選擇性的。主要考慮到吸水性樹脂與智能調(diào)光玻璃中其他組分的 適配。優(yōu)選地，本發(fā)明的吸水性樹脂尤指淀粉接枝丙烯酸鹽類、聚丙烯酰胺、交聯(lián)羧甲基纖 維素、交聯(lián)羧甲基纖維素接枝丙烯酰胺、交聯(lián)型羥乙基纖維素接枝丙烯酰胺聚合物、丙烯酸 交聯(lián)樹脂中的一種或多種的混合物。粘度調(diào)節(jié)劑是一種在水中只溶脹不溶解的親水性交 聯(lián)樹脂，它吸水膨脹后，形成具有一定強(qiáng)度的立體空間架構(gòu)，一方面可以增加水溶液的粘稠 度，防止灌封后的智能玻璃在使用中由于重力作用產(chǎn)生的"鼓肚"現(xiàn)象；另一方面，當(dāng)水溶液 中的溫敏性聚合物發(fā)生溫度響應(yīng)而產(chǎn)生體積收縮時(shí)，有利于維持整個(gè)體系的尺寸穩(wěn)定性， 可以防止智能玻璃的縮邊、變色不均勻、開裂等不良現(xiàn)象的發(fā)生，使整個(gè)體系具有很高的環(huán) 境工作范圍，其有效工作范圍在-20?80°C，在戶外使用條件下10?20年不變質(zhì)。
[0009] 發(fā)明人在研究中意外的發(fā)現(xiàn)，采用通過在溫敏聚合物水溶液體系中引入對太陽光 輻照強(qiáng)度產(chǎn)生響應(yīng)的功能性物質(zhì)（〇. 1?1. 0重量份的紅外吸收功能粒子)，可以產(chǎn)生快速 響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)光作用。其工作原理可能是：紅外吸收功能粒子可以將光能轉(zhuǎn)化為熱能， 從而使溫敏聚合物材料溫度升高，當(dāng)材料內(nèi)部溫度達(dá)到溫敏性材料的響應(yīng)溫度時(shí)，可以產(chǎn) 生快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)光。
[0010] 具體而言：本發(fā)明的智能調(diào)光玻璃，當(dāng)輻照強(qiáng)度低于600W/m2,環(huán)境溫度低于溫敏 性聚合物水溶液的響應(yīng)溫度時(shí)，玻璃具有優(yōu)異的透光性，在波長范圍為380?780nm的透 光率大于80% ;而當(dāng)輻照強(qiáng)度大于600W/m2,環(huán)境溫度高于溫敏性聚合物水溶液的響應(yīng)溫度 時(shí)，玻璃呈現(xiàn)不透明狀態(tài)，在波長范圍為380?780nm的透光率小于10% ;并且遮陽系數(shù)可 達(dá)0. 40以下。所述的響應(yīng)溫度是指溫敏型智能調(diào)光玻璃的透光度開始小于70%的特定溫 度。本發(fā)明的智能調(diào)光玻璃的響應(yīng)溫度在15?60°C。 toon] 但是紅外吸收功能粒子的選取是本發(fā)明最大的難點(diǎn)。發(fā)明人的研究中很意外的發(fā) 現(xiàn)，所述的紅外吸收功能粒子為含有銫鎢青銅、二氧化釩、氧化錫銦的一種或者多種時(shí)，才 能與智能調(diào)光玻璃中的其他組分適配，才能產(chǎn)生快速響應(yīng)智能調(diào)光的目的。本發(fā)明上述紅 外吸收功能粒子粒徑為20?500nm的納米粒子。該粒子具有紅外吸收特性，即通過吸收太 陽光中的紅外線，使其自身溫度升高。所述的大分子溶劑為聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯 醚的一種或者多種的組合物，其中優(yōu)選分子量為200?600的聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙 烯醚一種或者多種的組合物。大分子溶劑有：1)可顯著改變水溶液的響應(yīng)溫度；2)可提高 水溶液的耐高溫性能；3)可提高水溶液的耐低溫性能的作用。
[0012] 所述的塑料薄膜袋選自聚酯（PET)、共聚酯（PETG)、聚丙烯（PP)、聚乙烯（PE)、尼 龍（PA)、聚碳酸酯（PC)中的一種或多種，厚度為0. 05?0. 25mm。采用塑料薄膜封裝置于 薄膜塑料袋中溫敏聚合物水溶液的厚度為〇. 5?5. 0mm之間。將溫敏聚合物水溶液灌封 于上述塑料薄膜中有以下作用：1)可防止直接灌封于兩片玻璃中密封膠失效產(chǎn)生的泄露； 2)制作方便，不需將水溶液灌注于只有狹窄入口的兩片玻璃中間帶來的施工難度及產(chǎn)生氣 泡、不均勻等質(zhì)量問題；3)可以阻擋部分紫外線對水溶液造成的損害，提高耐候性能。
[0013] 本發(fā)明的智能調(diào)光玻璃的水溶液體系中還可以加入光穩(wěn)定劑和/或抗氧化劑。光 穩(wěn)定劑包括紫外吸收劑、猝滅劑或自由基撲捉劑。光穩(wěn)定劑或抗氧化劑在現(xiàn)有技術(shù)中常見 的各種水溶性添加劑中選取。例如：紫外吸收劑包括二苯甲酮類、苯并三氮唑類、苯甲酸苯 酯類、水楊酸酯類或三嗪類，猝滅劑選自有機(jī)鎳絡(luò)合物，自由基撲捉劑選自哌啶類。
[0014] 本發(fā)明的新型智能調(diào)光玻璃用的組合物的制備方法是將上述各組分按配比稱取 后放入混合機(jī)中攪拌均質(zhì)化；形成總質(zhì)量濃度為5?25%的溶液經(jīng)真空脫泡，獲得新型智能 調(diào)光玻璃的組合物。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于： (1)本發(fā)明的新型智能調(diào)光玻璃的組合物，可以將光能轉(zhuǎn)化為熱能，使溫敏聚合物材 料溫度升高，當(dāng)材料內(nèi)部溫度達(dá)到溫敏性材料的響應(yīng)溫度時(shí)，可以產(chǎn)生快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)智能 調(diào)光。具體而言，當(dāng)輻照強(qiáng)度低于600W/m 2,環(huán)境溫度低于水溶液的響應(yīng)溫度時(shí)，玻璃具有優(yōu) 異的透光性，在波長范圍為380?780nm的光透率大于80% ;而當(dāng)輻照強(qiáng)度大于600W/m2， 環(huán)境溫度高于水溶液的響應(yīng)溫度時(shí)，玻璃呈現(xiàn)不透明狀態(tài)，在波長范圍為380?780nm的透 光率小于10% ;并且遮陽系數(shù)可達(dá)〇. 40以下。
[0016] (2)本發(fā)明的新型智能調(diào)光玻璃的組合物可以同時(shí)對環(huán)境溫度和太陽輻照強(qiáng)度兩 種變化因素自主產(chǎn)生應(yīng)激行為，不需要人為給予信號(如通電）達(dá)到響應(yīng)的目的，因此是一 種真正意義上的智能產(chǎn)品； (3) 本發(fā)明的新型智能調(diào)光玻璃的組合物由于可以通過透光和不透光的可逆轉(zhuǎn)變調(diào)節(jié) 太陽熱量的穿透量，實(shí)現(xiàn)冬暖夏涼的效果； (4) 本發(fā)明的新型智能調(diào)光玻璃的組合物由于可以吸收和反射紅外線及阻隔紫外線和 可見光，可顯著改善環(huán)境溫度，營造舒適的工作和生活空間； (5)本發(fā)明的新型智能調(diào)光玻璃的組合物采用的溫敏性聚合物是一種無毒、性質(zhì)穩(wěn)定、 環(huán)境友好的高分子材料，同時(shí)具有原料成本低，加工制備方法簡單、使用壽命長的特點(diǎn)。
[0017]

【具體實(shí)施方式】 以下內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā) 明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，除了具 體實(shí)施例中所涉及的溫敏性水溶液體系外，還可以對其中所用的水溶液體系進(jìn)行功能上相 同或相近的推演或替換，或根據(jù)不同的目的改變組分間的比例關(guān)系，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā) 明的保護(hù)范圍。下述實(shí)施例所使用的"份"是指重量份，百分?jǐn)?shù)是指重量百分?jǐn)?shù)。本發(fā)明實(shí) 施例調(diào)光玻璃結(jié)構(gòu)均以調(diào)光復(fù)合玻璃為準(zhǔn)。
[0018] 實(shí)施例1、一種新型智能調(diào)光玻璃用的組合物 本發(fā)明新型智能調(diào)光玻璃用的組合物的組分如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種新型智能調(diào)光玻璃用的組合物，其特征在于，它包含：溫敏性聚合物、粘度調(diào)節(jié) 齊IJ、紅外吸收功能粒子、大分子溶劑和添加劑。
2. 如權(quán)利要求1所述的新型智能調(diào)光玻璃用的組合物，其特征在于，它包含：1?10重 量份的溫敏性聚合物、〇. 5?5重量份的粘度調(diào)節(jié)劑、0. 1?1. 0重量份的紅外吸收功能粒 子、2?10重量份的大分子溶劑、0. 1?1. 0重量份的添加劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型智能調(diào)光玻璃用的組合物，其特征在于，所述的溫 敏性聚合物為含有疏水基團(tuán)的水溶性聚乙烯醇，優(yōu)選聚乙烯醇縮醛，所述的聚乙烯醇縮醛 是聚乙烯醇縮丁醛（PVB)、聚乙烯醇縮甲醛（PVF)、聚乙烯醇縮乙醛（PVA)或聚乙烯醇縮甲 乙醛（PVFA)、聚乙烯醇縮苯甲醛、聚乙烯醇縮乙丁醛中的一種或多種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型智能調(diào)光玻璃用的組合物，其特征在于，所述的聚 乙烯醇縮醛的分子量為50, 000?150,000,醛基含量10?50%，羥基含量40?80%;優(yōu)選 的聚乙烯醇縮醛優(yōu)選分子量為50, 000?100,000,醛基含量20?40%，羥基含量40?60%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型智能調(diào)光玻璃用的組合物，其特征在于，所述的粘 度調(diào)節(jié)劑為吸水性樹脂，優(yōu)選淀粉接枝丙烯酸鹽類、聚丙烯酰胺、交聯(lián)羧甲基纖維素、交聯(lián) 羧甲基纖維素接枝丙烯酰胺、交聯(lián)型羥乙基纖維素接枝丙烯酰胺聚合物、丙烯酸交聯(lián)樹脂 中的一種或多種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型智能調(diào)光玻璃用的組合物，其特征在于，所述的紅 外吸收功能粒子為銫鎢青銅、二氧化釩、氧化錫銦中的一種或者兩種的組合物，優(yōu)選的紅外 吸收功能粒子的粒徑為20?500nm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型智能調(diào)光玻璃用的組合物，其特征在于，所述的大 分子溶劑為聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯醚中的一種或者兩種的組合物，優(yōu)選的分子量為 200?600聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯醚中的一種或者兩種的組合物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型智能調(diào)光玻璃用的組合物，其特征在于，所述的 塑料薄膜袋選自聚酯、共聚酯、聚丙烯、聚乙烯、尼龍、聚碳酸酯中的一種，厚度為0.05? 0. 25mm ;所述的添加劑為紫外吸收劑、猝滅劑或自由基撲捉劑，紫外吸收劑選自二苯甲酮 類、苯并三氮唑類、苯甲酸苯酯類、水楊酸酯類或三嗪類中的一種或多種，猝滅劑選自有機(jī) 鎳絡(luò)合物，自由基撲捉劑選自哌啶類。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的新型智能調(diào)光玻璃的組合物的制備方法，其特征在 于以下步驟： (1) 將各組分按配比稱取后放入混合機(jī)中攪拌均質(zhì)化； (2) 形成總質(zhì)量濃度為5?25%的溶液經(jīng)真空脫泡得出均勻透明的新型智能調(diào)光玻璃 的組合物。
【文檔編號】C08K3/22GK104086928SQ201410315939
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】宣英男, 張強(qiáng) 申請人:蘇州珀力瑪高分子材料有限公司