CN107353622A - 温变调光材料、含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃及其制备方法 - Google Patents

温变调光材料、含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了温变调光材料，其是由温敏性物质、光固化单体、光引发剂、交联型吸水树脂、多羟基溶剂、助剂和水构成。含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃是将温变调光材料经合片、点胶、灌装、滚压、固化、封边工艺制备而成。本发明制备出的温控遮阳变色玻璃是一种由环境温度和太阳辐射强度双重条件调节紫外线、可见光、红外线透过率的智能玻璃，具有变色速度快、使用寿命长的特点，能够实现冬暖夏凉的效果，显著提升居住空间和办公区域的舒适程度。

Description

温变调光材料、含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃及其制 备方法
技术领域
本发明涉及玻璃技术领域，特别是涉及温变调光材料、含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃及其制备方法。
背景技术
随着生活水平的提高，人们对改善室内的热环境和提高建筑的舒适度的要求也越来越高，实现这一目的的手段主要是使用空调。在夏热冬冷地区，由于夏季炎热、冬季湿冷，人们采用空调改善室内热环境已经成为普遍做法，这必然增加建筑能耗，加剧我国的能源危机。西方发达国家自20世纪60年代起开展节能窗的研究工作，如热反射玻璃，Low-E玻璃等。近年来，随着技术的不断进步，一批新型智能玻璃相继问世，包括温致变色玻璃、电致变色玻璃。
中国专利03800722.3公开了一种自主地光控制的叠层体以及使用叠层体的窗，是将100重量份的非离子性的具有两性官能团、水溶性、重均分子量约10000～200000的多糖类衍生物，溶解在水性介质约100～约2000重量份中，形成各向同性水溶液，其至少一部分为透明，用可以直视前述水溶液的基板进行叠层的叠层体，其中，该水性介质由相对于所述多糖类衍生物100重量份的约25～约450量的水，和具有约60～约5000分子量的两性物质构成；在叠层后的叠层体中，相对于所述各向同性水溶液100重量份添加0.01～10重量份的选自由相对两性物质20℃下的溶解度为1g以上的非离子性二苯酮衍生物以及苯并***衍生物，以及相对水20℃下的溶解度为1g以上、具有离子性官能团通过链状键合的具有苯环的离子性二苯酮衍生物和苯并***衍生物构成的组中的至少1种。
中国专利94190152.1公开了一种自响应叠层体，一种各向同性水溶液被密封在至少有一部分是透明的槽室中，通过上述透明部分能够直接看到上述水溶液，其特征在于，在上述各向同性水溶液中，由于温度的升高，溶解在水里的聚糖衍生物将集结，出现不透明的散射现象，从而降低光学透射性。
中国专利98106929.0公开了一种包含水溶液的层压体，其中溶于水的分子在提高温度时凝聚而显示出混浊的光散射作用引起透光率的降低，该水溶液被密封在两块基片之间，所说的基片至少是部份透明的以便能直接见到所说的水溶液，其中所说的水溶液包含0.5～45份重量的显示浊点的并在室温时是油状的并能均匀地溶解在室温的水中的两亲物质，该两亲物质被溶在100份重量的由0.5～40份重量的离子型水溶性聚合物或在温度不高于约45℃不显示浊点的乙烯基非离子型水溶性聚合物溶于100份重量的水而组成的溶液中，所说的水溶液经受依赖于温度的可逆的溶胶-乳液相转变。
以上的自主地光控制的叠层体以及使用叠层体的窗，只有受到光线直接照射的表面，才会吸收光而产生热之故变得混浊而散射，从而才有选择性地阻挡光线。到目前为止，还没有看到有关变色速度快且使用寿命长的温控遮阳玻璃及其制备方法的报导。因此，研发出一种变色速度快、使用寿命长，由环境温度和太阳光双重调节材料透光度的新型温变调光材料，并通过高效实用的生产制备工艺将其应用于温控遮阳变色玻璃中是十分必要的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种变色速度快、使用寿命长的新型温变调光材料及其制备方法。本发明的另一目的是提供含此温变调光材料的温控遮阳变色玻璃及其制备方法。将此材料用于制备温控遮阳变色玻璃，制备出的温控遮阳变色玻璃是一种由环境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。环境温度升高，太阳辐照强度强时，玻璃由透明转变为不透明；环境温度降低，太阳辐照弱时，玻璃由不透明转变为透明。
本发明的技术方案是：
温变调光材料，取下述重量份的原料构成，以100份计：温敏性物质2～30份，光固化单体2～60份，光引发剂0.05～1.5份，交联型吸水树脂0.02～5份，多羟基溶剂5～60份，紫外光吸收剂0.01～1份，防霉剂0.01～1份，水溶性染料0～0.1份，余量为水。
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材料具有快速的变色速度和优异的遮阳性能。
进一步地，所述光固化单体为单官能团光固化单体和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：其中：R1＝氢或者甲基，R2＝甲氧基、二甲基或者异丙基中的一种或多种。
进一步地，所述单官能团光固化单体还可以是具有下列结构为其中:R3＝氢或者甲基，R4＝氢、羟乙基、羟丙基或者聚乙二醇中的一种或多种。
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材料的温控遮阳变色玻璃，且能够与含温变调光材料的温控遮阳变色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，水溶性染料选取具有光稳定性好的酸性染料，如酸性红、酸性黄、酸性橙、酸性蓝、酸性绿、酸性紫、酸性棕和酸性黑，通过调整染料的种类和配伍，可以制作出色彩斑斓的温变调光材料与及温控遮阳变色玻璃。
防霉剂选用无毒环保型防霉剂，如：季铵盐衍生物、卡松、75号防霉剂、硫酸铜等。
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。
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材料的温控遮阳变色玻璃的吸水性树脂是选择性的。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，防止灌封后的智能玻璃在使用中由于重力作用产生的“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，可以防止智能玻璃的缩边、变色不均匀、开裂等不良现象的发生，使整个体系具有很高的环境工作范围，其有效工作范围在-25℃～+80℃，在户外使用条件下10～20年不变质。
进一步地，所述大分子溶剂为乙二醇、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的组合物，所述聚乙二醇、聚丙二醇、聚甘油的分子量为200～600。多羟基溶剂的作用：(1)显著改变温变调光材料的变色温度；(2)提高温变调光材料的耐高温性能；(3)提高温变调光材料的耐低温性能。
本发明的温控遮阳变色玻璃，包括上述的温变调光材料。
本发明温变调光材料的制备方法，步骤如下：
将除交联型吸水树脂和水溶性染料以外的各原料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溶性染料，搅拌60～90分钟，即得。
本发明还提供了一种温控遮阳变色玻璃的制备方法，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。
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；
(2)本发明所得含温变调光材料的温控遮阳变色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)达到响应的目的，因此是一种真正意义上的智能产品；
(3)本发明含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的制备方法使一种可连续化、自动化、清洁化的生产大尺寸遮阳玻璃的高效实用的生产工艺；
(4)本发明所得含温变调光材料的温控遮阳变色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，减少电力生产造成的环境污染。
附图说明
图1是本发明中温控遮阳变色玻璃在不同环境温度和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变色玻璃进行耐候性测试，测试项目和评价标准列于表1中：
表1温控遮阳变色玻璃的耐候性评价
经过以上项目的测试，本发明的温控遮阳变色玻璃具有在-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，本发明的温控遮阳变色玻璃具有随环境温度和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：温变调光材料、含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃及制备方法
本发明温变调光材料的组分如表2所示：
表2：本发明温变调光材料的组分
温变调光材料的制备方法，步骤如下：
(1)将除交联型吸水树脂和水溶性染料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溶性染料，搅拌60分钟，即得。
含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃经合片、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含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的性能参数测试结果如表3所示。
表3：含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的性能参数
实施例2：温变调光材料、含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃及制备
本发明温变调光材料的组分如表4所示：
表4：本发明温变调光材料的组分
物料 重量份数
嵌段聚醚HLB＝18.5 15
嵌段聚醚HLB＝10.0 15
二甲基丙烯酰胺 5.8
甲基聚乙二醇双丙烯酸酯 0.2
安息香 1
丙烯酸交联树脂 2
聚甘油200 30
2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸 1
硫酸铜 1
水 29
温变调光材料的制备方法，步骤如下：
(1)将除交联型吸水树脂和水溶性染料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溶性染料，搅拌70分钟，即得。
含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃经合片、点胶、灌装、滚压、固化、封边工艺制备而成。
含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的制备方法如实施例1。
本发明实施例2含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的性能参数测试结果如表5所示。
表5：含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的性能参数
实施例3：温变调光材料、含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃及制备
本发明温变调光材料的组分如表6所示：
表6：本发明温变调光材料的组分
物料 重量份数
十二烷基酚聚氧乙烯醚HLB＝14.5 15
甲基丙烯酸 19.6
甲氧基聚乙二醇单丙烯酸酯 0.4
安息香 1
二苯甲酮 0.5
交联羧甲基纤维素 3
聚丙二醇400 5
酸性蓝 0.1
2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸 0.05
75号防霉剂 0.05
水 55.3
温变调光材料的制备方法，步骤如下：
(1)将除交联型吸水树脂和水溶性染料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溶性染料，搅拌80分钟，即得。
含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃经合片、点胶、灌装、滚压、固化、封边工艺制备而成。
含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的制备方法如实施例1。
本发明实施例3含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的性能参数测试结果如表7所示。
表7：含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的性能参数
实施例4：温变调光材料、含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃及制备
本发明温变调光材料的组分如表8所示：
表8：本发明温变调光材料的组分
物料 重量份数
嵌段聚醚HLB＝16.0 10
十二烷基酚聚氧乙烯醚HLB＝11.5 10
丙烯酸羟丙酯 19.8
聚乙二醇单丙烯酸酯 0.2
安息香二甲醚 0.05
交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺 2
丙烯酸交联树脂 3
乙二醇 15
丙二醇 15
酸性黄 0.05
酸性黑 0.05
2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸 0.05
卡松 0.05
水 24.75
温变调光材料的制备方法，步骤如下：
(1)将除交联型吸水树脂和水溶性染料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溶性染料，搅拌80分钟，即得。
含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃经合片、点胶、灌装、滚压、固化、封边工艺制备而成。
含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的制备方法如实施例1。
本发明实施例4含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的性能参数测试结果如表9所示。
表9：含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的性能参数
项目 指标
变色温度 35℃
玻璃颜色 透明灰色
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：温变调光材料、含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃及制备
本发明温变调光材料的组分如表10所示：
表10：本发明温变调光材料的组分
物料 重量份数
嵌段聚醚HLB＝10.5 2
聚氧乙烯脂肪酸酯HLB＝12.5 2
羟甲基丙烯酰胺 59.8
丙烯酸 0.2
4-苯基-二苯甲酮 0.04
安息香二甲醚 0.04
交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺 2
交联羧甲基纤维素 2
聚丙二醇200 7
丙三醇 7
酸性绿 0.02
酸性紫 0.02
2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸 0.02
十四烷基二甲基苄基氯化铵 0.02
水 17.84
温变调光材料的制备方法，步骤如下：
(1)将除交联型吸水树脂和水溶性染料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溶性染料，搅拌90分钟，即得。
含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃，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。
含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的制备方法如实施例1。
本发明实施例5含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的性能参数测试结果如表11所示。
表11：含温变调光材料的温控遮阳变色玻璃的性能参数
项目 指标
变色温度 20℃
玻璃颜色 浅蓝紫色
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
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材料的温控遮阳变色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，无渗水、气泡、脱胶、发花、收缩分层现象。
以上实施例只是本发明最优的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.温变调光材料，其特征在于，取下述重量份的原料构成，以100份计，包括：温敏性物质2～30份，光固化单体2～60份，光引发剂0.05～1.5份，交联型吸水树脂0.02～5份，多羟基溶剂5～60份，紫外光吸收剂0.01～1份，防霉剂0.01～1份，水溶性染料0～0.1份，余量为水。
2.根据权利要求1所述的温变调光材料，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：其中：R1＝氢或者甲基，R2＝甲氧基、二甲基或者异丙基中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的温变调光材料，其特征在于：所述单官能团光固化单体为具有下列结构为其中：R3＝氢或者甲基，R4＝氢、羟乙基、羟丙基或者聚乙二醇中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述的温变调光材料，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。
7.根据权利要求1所述的温变调光材料，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。
8.根据权利要求1所述的温变调光材料，其特征在于：所述紫外光吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸。
9.根据权利要求1所述的温变调光材料，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。
10.根据权利要求1所述的温变调光材料，其特征在于：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的组合物，所述聚乙二醇、聚丙二醇、聚甘油的分子量为200～600。
11.一种温控遮阳变色玻璃，其特征在于：包括权利要求1至10任一所述的温变调光材料。
12.一种如权利要求12所述的温控遮阳变色玻璃的制备方法，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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