CN107216638A - 一种温变调光防火材料、温控遮阳防火玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及玻璃材料技术领域，具体公开了一种温变调光防火材料，其原料组分主要包括温敏性物质、光固化单体、光引发剂、交联型吸水树脂、多羟基溶剂、纳米硅溶液、交联剂、成炭剂、成炭助剂等，能够由环境温度和太阳光双重调节其透光度，具有变色速度快、使用寿命长、防火性能好的优点。本发明还提供了一种包含该温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃及其制备方法。

Description

一种温变调光防火材料、温控遮阳防火玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及玻璃材料技术领域。
背景技术
随着人们对使用空间舒适程度的要求不断增加，具有遮阳隔热功能的调光玻璃的应用领域日益广泛，其发展潜力巨大。
目前市面上的调光玻璃几乎都是电控型，通过开关电源实现玻璃对可见光的透过和阻隔。电控型调光玻璃分为有机液晶性和无机镀膜型，有机液晶型耐候性差，只能用于室内隔断使用；无机镀膜型生产工艺复杂，生产设备昂贵，世界上只有少数几个国家具备生产能力；同时，电控型调光玻璃需通电才能实现调光功能，存在设计、安装、使用等问题。此外，现有的调光玻璃无法抵御高温，在发生火灾时会发生炸裂，难以阻挡火势的蔓延。因此，调光防火玻璃应运而生，如中国专利201520976334﹑201610088495﹑201120270512﹑201621182192等分别公开了调光防火玻璃的信息，以上专利均采用铯钾防火玻璃做为组件来实现其防火功能。中国专利201510564895公开了一种防火液，由其制备的防火玻璃不具有调光功能。
现有技术如专利03800722.3、94190152.1、98106929.0等分别公开了一种温控调光材料，作为夹层用于制备温控调光玻璃，但是它们不具有防火功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种温变调光防火材料，能够由环境温度和太阳光双重调节其透光度，具有变色速度快、使用寿命长、防火性能好的优点。本发明的另一目的是提供一种包含该温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃，能够根据环境温度和太阳辐照强度自动调节光线的透过率，变色灵敏、使用寿命长，同时还具有防火性能，使用更安全。本发明还提供了该温控遮阳防火玻璃的一种制备方法，实用性强，生产效率高，生产质量好。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种温变调光防火材料，其原料组分按重量份以100份计，包括：温敏性物质3.0～15份，光固化单体2.0～15份，光引发剂0.02～0.5份，交联型吸水树脂0.01～1份，纳米硅溶液40～50份，固化剂0.3～1份，成炭剂1～5份，成炭助剂1～5份，多羟基溶剂3.5～25份，余量为水；
所述纳米硅溶液为含有质量分数为20～40％的纳米二氧化硅颗粒的碱性水溶液；
将所述原料组分混合制得所述温变调光防火材料。
进一步地，所述温敏性物质为HLB值在10～18.5之间的两亲性物质。它们在一定温度和浓度条件下在水中具有溶解和析出的功能，导致太阳光线发生光散射，材料由透明转变成白浊遮阳状态，此功能在本发明中被用于实现遮阳变色功能，并将其可见光透过率在0.1℃内降低10％的温度点定义为变色温度。
作为本发明的一个优选实施例，所述的两亲性物质可以是嵌段聚醚、烷基酚聚氧乙烯醚和聚氧乙烯脂肪酸酯等，合适的两亲性物质的选择和配比可以使温变调光防火材料具有快速的变色速度和优异的遮阳性能。
所述光固化单体为单官能团光固化单体或多官能团光固化单体中的一种或多种。
进一步地，所述单官能团光固化单体为具有下列结构之一：
其中：R1＝氢或者甲基，R2＝甲氧基、二甲基或者异丙基；
R3＝氢或者甲基，R4＝氢、羟乙基、羟丙基或者聚乙二醇。
进一步地，所述多官能团光固化单体为具有下列结构：
其中：R5＝氢、甲基或者甲氧基中的一种或多种。
所述光固化单体可为甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、聚乙二醇单丙烯酸酯、聚乙二醇双丙烯酸酯等中的一种或多种。光固化单体与光引发剂一起决定体系的固化速度，同时与交联型吸水树脂形成互穿聚合物网络，决定产品的使用寿命和遮阳性能。但是，本发明对于发明人的难点之一是：选择合适的光固化单体组成也是配方设计的重要环节，合理选择单体，如何从稀释性、反应活性、收缩性、表面张力、刺激性、气味及成本等几方面来筛选单体是本发明的难点之一。能够适用于本发明含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃，且能够与温控遮阳防火玻璃中其他组分达到良好的适配效果的光固化单体是选择性的。
进一步地，所述光引发剂为二苯甲酮、4-苯基-二苯甲酮、安息香、安息香二甲醚中的一种或多种。
进一步地，所述紫外光吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸。
进一步地，所述交联型吸水树脂为淀粉接枝丙烯酸盐钾、聚丙烯酰胺、交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物、丙烯酸交联树脂中的一种或多种组成。
交联型吸水树脂是一种用途非常广泛的高分子材料，但是适用于本发明含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃的吸水树脂是选择性的。交联型吸水树脂具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水树脂膨胀成为水凝胶后，形成具有一定强度的立体空间架构，一方面可以增加水溶液的粘稠度，防止灌封后的温控遮阳防火玻璃在使用中由于重力作用产生“鼓肚”现象；另一方面，当水溶液中的温敏性两亲物质发生温度响应而产生体积收缩时，有利于维持整个体系的尺寸稳定性，可以防止温控遮阳防火玻璃的缩边、变色不均匀、开裂等不良现象的发生，使整个体系具有很宽的环境工作范围，其有效工作范围在-25℃～+80℃。
进一步地，所述纳米硅溶液为纳米二氧化硅颗粒与质量百分浓度为50％的氢氧化钾水溶液进行混合制得。
进一步地，所述成炭剂为蔗糖、果糖、葡萄糖及砂糖中的一种或多种；所述成炭助剂为磷酸二氢钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钠及磷酸氢钠中的一种或多种。它们是在高温下可以形成长链炭绝缘层的物质，当防火胶层在高温下发泡产生孔隙时，它们炭化成炭化物，沉积在上述孔隙中，吸收大量热量，增强玻璃的防火性能。防火胶层是指温变调光防火材料经过光固化后的胶膜。
所述固化剂为焦磷酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸钠的一种或多种，其为水溶性的硅溶液固化剂，在不影响温变调光防火材料透明度的前提下，可以提高温变调光防火材料固化后的防火胶层的强度。
所述多羟基溶剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚甘油中的一种或者两种，其中所述聚乙二醇、聚丙二醇、聚甘油的分子量为200～600。使用上述多元醇作为溶剂可以提高温变调光防火材料的抗高低温性能，也可以做为成炭剂，进一步提高温变调光防火材料的防火性能。
本发明温变调光防火材料的制备方法，步骤如下：
将除交联型吸水树脂和水以外的各原料组分按配比称取后放入高速混合机中搅拌30～60分钟，得混合物；向上述所得的混合物中加入交联型吸水树脂和水，搅拌60～90分钟，即得。
本发明温控遮阳防火玻璃，包括如上所述的温变调光防火材料。
本发明还提供了一种温控遮阳防火玻璃的制备方法，具体步骤包括：
将一大一小两片清洗过的玻璃沿小片玻璃的边缘用胶平行粘接，使所述两片玻璃之间留有带灌胶口和排气孔的封闭间隙；
通过所述灌胶口向所述两片玻璃之间的封闭间隙灌装所述温变调光防火材料；
将灌装好的玻璃用辊压机进行辊压定型，再经光固化定型，封胶，即得。
通过上述温控遮阳防火玻璃的制备方法制得的温控遮阳防火玻璃的防火胶层的厚度为2mm～4mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
(1)本发明所得温变调光防火材料是一种由温度和太阳光双重调节材料透光度的新型智能材料，它的变色速度快，使用寿命长，制备方法简单，安全、无污染、绿色环保，同时具有良好的防火性能；
(2)本发明所得含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃是一种由温度和太阳辐射强度双重条件调节紫外线、可见光、红外透光率的智能玻璃，不需要人为给予信号(如通电)达到遮阳调光的目的，因此是一种真正意义上的智能产品；添加纳米硅溶液以及成炭剂等，提高了材料的固含量，含水量降低，对玻璃的表观质量、硬度及韧性的影响降低，能够显著提高玻璃的防火性能，提高了玻璃的使用效果，延长了使用寿命；
(3)本发明温控遮阳防火玻璃的制备方法是一种可连续化、自动化、清洁化的生产大尺寸调光防火玻璃的高效实用的生产工艺；
(4)本发明温控遮阳防火玻璃能够自动调节阳光透过率，夏季消除室内太阳光灼热感，减少空调制冷能耗，在遮阳的同时，仍保持室内的明亮度，室内光线柔和、清凉；冬季高透光，可采光补能，能降低采暖能耗，减少电力生产造成的环境污染；防火性能优良，使用更安全。
附图说明
图1是本发明中温控遮阳防火玻璃在不同环境温度和太阳辐照强度下可见光和红外线透过率的变化曲线。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
针对本发明制得的温控遮阳防火玻璃进行了耐候性测试，测试项目和评价标准列于表1中：
表1温控遮阳防火玻璃的耐候性评价
经过以上项目的测试，本发明的温控遮阳防火玻璃具有在-25℃～+80℃环境下稳定的使用性能和长期的使用寿命。
由图1可以看出，本发明的温控遮阳防火玻璃具有随环境温度和太阳辐照强度自动调整透光率的性能，从而实现智能调光。
实施例1：温变调光防火材料、含温变调光防火材料的温控遮光防火玻璃及制备方法
本实施例温变调光防火材料的组分如表2所示：
表2：本实施例温变调光防火材料的组分
物料 重量份数
嵌段聚醚HLB＝12.0 3
丙烯酸羟乙酯 1.5
聚乙二醇双丙烯酸酯 0.5
4-苯基-二苯甲酮 0.5
聚丙烯酰胺 0.01
聚乙二醇600 25
焦磷酸钠 0.3
40％wt纳米硅溶液 30
蔗糖 1
磷酸氢钾 1
水 37.19
本实施例温变调光防火材料的制备方法，步骤如下：
(1)将除交联型吸水树脂和水以外的各原料按配比称取后放入高速混合机中搅拌30分钟，得混合物；
(2)向步骤(1)所得混合物中加入交联型吸水树脂和水，搅拌60分钟，即得。
本实施例含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃经合片、点胶、灌装、滚压、固化、封边工艺制备而成，步骤如下：
S1将所述的温变调光防火材料倒入高位储罐；
S2将第一片大尺寸玻璃经玻璃清洗机后到带升降万向轮过渡段，进入自动定位合片机后由上方的自动吸盘吊架将玻璃吸起；
S3第二片小尺寸玻璃经清洗机后进入带升降万向轮过渡段停止，万向轮台升起，在玻璃边部点胶，并留有灌胶口和排气孔；
S4将步骤S3点好胶的小尺寸玻璃进入自动合片机定位，将自动吸盘吊架上的步骤S2的大尺寸玻璃经自动下降与小尺寸玻璃合片完成；
S5将步骤S4合好片的玻璃传送进入升降万向轮另一过渡段停止，升起万向轮台，将玻璃推到左右翻转台将所述的温变调光防火材料进行灌装；
S6将步骤S5灌装好的玻璃推回万向轮另一过渡段，进入辊压机进行辊压定型；
S7将步骤S6辊压合格的玻璃经过渡段进入固化机光固化定型：
S8将步骤S7固化后的玻璃进行二次封胶，即得。
本发明实施例1含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃的性能参数测试结果如表3所示。
表3：含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃的性能参数
项目 指标
变色温度 15℃
遮阳系数 0.35
耐候性评价 无渗水、气泡、脱胶、发花、收缩分层现象
实施例2：温变调光防火材料、含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃及制备
本实施例温变调光防火材料的组分如表4所示：
表4：本实施例温变调光防火材料的组分
温变调光防火材料的制备方法，步骤如下：
(1)将除交联型吸水树脂和水以外的各原料按配比称取后放入高速混合机中搅拌40分钟，得混合物；
(2)向步骤(1)所得混合物中加入交联型吸水树脂和水，搅拌70分钟，即得。
含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃经合片、点胶、灌装、滚压、固化、封边工艺制备而成，方法如实施例1。
本发明实施例2含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃的性能参数测试结果如表5所示。
表5：含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃的性能参数
项目 指标
变色温度 55℃
遮阳系数 0.25
耐候性评价 无渗水、气泡、脱胶、发花、收缩分层现象
实施例3：温变调光防火材料、含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃及制备
本实施例温变调光防火材料的原料组分如表6所示：
表6：本实施例温变调光防火材料的组分
物料 重量份数
十二烷基酚聚氧乙烯醚HLB＝14.5 10
甲基丙烯酸 10
甲氧基聚乙二醇单丙烯酸酯 5
安息香 0.01
二苯甲酮 0.01
交联羧甲基纤维素 0.5
聚丙二醇400 3.5
氟硅酸钾 1
20％wt纳米硅溶液 40
葡萄糖 2
砂糖 3
磷酸氢钾 2
水 22.98
温变调光防火材料的制备方法，步骤如下：
(1)将除交联型吸水树脂和水以外的各原料按配比称取后放入高速混合机中搅拌35分钟，得混合物；
(2)向步骤(1)所得混合物中加入交联型吸水树脂和水，搅拌80分钟，即得。
含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃经合片、点胶、灌装、滚压、固化、封边工艺制备而成，方法如实施例1。
本发明实施例3含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃的性能参数测试结果如表7所示。
表7：含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃的性能参数
实施例4：温变调光防火材料、含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃及制备
本实施例温变调光防火材料的原料组分如表8所示：
表8：本实施例温变调光防火材料的组分
物料 重量份数
嵌段聚醚HLB＝16.0 2
十二烷基酚聚氧乙烯醚HLB＝11.5 3
丙烯酸羟丙酯 5
聚乙二醇单丙烯酸酯 5
安息香二甲醚 0.1
交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺 0.5
丙烯酸交联树脂 0.5
乙二醇 5
丙二醇 5
氟硅酸钾 0.5
20％wt纳米硅溶液 45
成炭剂果糖 3
磷酸二氢钠 3
水 22.4
温变调光防火材料的制备方法，步骤如下：
(1)将除交联型吸水树脂和水以外的各原料按配比称取后放入高速混合机中搅拌45分钟，得混合物；
(2)向步骤(1)所得混合物中加入交联型吸水树脂和水，搅拌80分钟，即得。
含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃经合片、点胶、灌装、滚压、固化、封边工艺制备而成，制备方法如实施例1。
本发明实施例4含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃的性能参数测试结果如表9所示。
表9：含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃的性能参数
项目 指标
变色温度 32℃
遮阳系数 0.30
耐候性评价 无渗水、气泡、脱胶、发花、收缩分层现象
实施例5：温变调光防火材料、含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃及制备
本实施例温变调光防火材料的原料组分如表10所示：
表10：本实施例温变调光防火材料的组分
温变调光防火材料的制备方法，步骤如下：
(1)将除交联型吸水树脂和水以外的各原料按配比称取后放入高速混合机中搅拌35分钟，得混合物；
(2)向步骤(1)所得混合物中加入交联型吸水树脂和水，搅拌90分钟，即得。
含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃，由上述温变材料经合片、点胶、灌装、滚压、固化、封边工艺制备而成，制备方法如实施例1。
本发明实施例5含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃的性能参数测试结果如表11所示。
表11：含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃的性能参数
项目 指标
变色温度 20℃
遮阳系数 0.20
耐候性评价 无渗水、气泡、脱胶、发花、收缩分层现象
按照GB/T12513-2006标准对上述5块防火玻璃进行耐火性能检测实验，得到每个复合防火玻璃的防火时间，实验取平行试样3个，取其数据平均值做为实验结果，参数详见表12.
表12：温控遮阳防火玻璃的防火性能参数表
试样 防火胶层厚/mm 防火时间/min
实施例1 2 55
实施例2 3 61
实施例3 3.5 65
实施例4 4 74
实施例5 4 76
由上述不同实施例的数据可以得出：本发明所得含温变调光防火材料的温控遮阳防火玻璃能够自动调节阳光照射强度，夏季消除室内太阳光灼热感，减少空调制冷能耗，在遮阳的同时，仍保持室内的明亮度，室内光线柔和、清凉；冬季高透光，可采光补能，能降低采暖能耗。具有优良的耐候性能、防火性能，无渗水、气泡、脱胶、发花、收缩分层现象。
以上对本发明进行了详细介绍，本发明中应用具体个例对本发明的实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可对本发明进行若干改进，这些改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种温变调光防火材料，其特征在于：其原料组分按重量份以100份计，包括：温敏性物质3.0～15份，光固化单体2.0～15份，光引发剂0.02～0.5份，交联型吸水树脂0.01～1份，纳米硅溶液40～50份，固化剂0.3～1份，成炭剂1～5份，成炭助剂1～5份，多羟基溶剂3.5～25份，余量为水；
所述纳米硅溶液为含有质量分数为20～40％的纳米二氧化硅颗粒的碱性水溶液；
将所述原料组分混合制得所述温变调光防火材料。
2.根据权利要求1所述的温变调光防火材料，其特征在于：所述温敏性物质为HLB值在10～18.5之间的两亲性物质。
3.根据权利要求1所述的温变调光防火材料，其特征在于：所述光固化单体为单官能团光固化单体或多官能团光固化单体中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的温变调光防火材料，其特征在于：所述单官能团光固化单体为具有下列结构之一：
其中：R1＝氢或者甲基，R2＝甲氧基、二甲基或者异丙基；
R3＝氢或者甲基，R4＝氢、羟乙基、羟丙基或者聚乙二醇。
5.根据权利要求3所述的温变调光防火材料，其特征在于：所述多官能团光固化单体为具有下列结构：
其中：R5＝氢、甲基或者甲氧基中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的温变调光防火材料，其特征在于：所述光引发剂为二苯甲酮、4-苯基-二苯甲酮、安息香、安息香二甲醚中的一种或多种；所述紫外光吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸。
7.根据权利要求1所述的温变调光防火材料，其特征在于：所述交联型吸水树脂为淀粉接枝丙烯酸盐钾、聚丙烯酰胺、交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺、丙烯酸交联树脂中的一种或多种；所述多羟基溶剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚甘油中的一种或者两种，其中所述聚乙二醇、聚丙二醇、聚甘油的分子量为200～600。
8.根据权利要求1所述的温变调光防火材料，其特征在于：所述纳米硅溶液为纳米二氧化硅颗粒与质量百分浓度为50％的氢氧化钾水溶液进行混合制得。
9.根据权利要求1所述的温变调光防火材料，其特征在于：所述固化剂为焦磷酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸钠的一种或多种；所述成炭剂为蔗糖、果糖、葡萄糖及砂糖中的一种或多种；所述成炭助剂为磷酸二氢钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钠及磷酸氢钠中的一种或多种。
10.一种温控遮阳防火玻璃，其特征在于：包括如权利要求1至9中任一项所述的温变调光防火材料。
11.一种如权利要求10所述温控遮阳防火玻璃的制备方法，其特征在于：包括：
将一大一小两片清洗过的玻璃沿小片玻璃的边用胶平行粘接，使所述两片玻璃之间留有带灌胶口和排气孔的封闭间隙；
通过所述灌胶口向所述两片玻璃之间的封闭间隙灌装所述温变调光防火材料；
将灌装好的玻璃用辊压机进行辊压定型，再经光固化定型，封胶，即得。
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