[发明专利]热致变色PVB中间膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明屈于功能性纳米复合材料领域，具体涉及一种具有温控节能功能的夹胶玻璃的功能性中间膜及其制备方法，可用于建筑与汽车节能。

背景技术

节能减排已成为国内外的首要任务。据估计，社会总能耗中有1／3以上为建筑能耗。由于建筑能耗中的空调能源大部分由窗户流失，因此，通过研制新型节能窗，能在节能环保的同时，实现最大的舒适居住环境。同时，建筑物特别是高层建筑对所用建筑玻璃的安全也提出了越来越高的要求。

从80年代后期开始的，利用金红石相二氧化钒的金屈·半导体温控相变所引起的巨大光学变化研发的热致变色智能节能玻璃，具有结构简单，完全不用开关或任何人工能源就能实现顺应环境温度变化的全自动光热调控等显著优点，特别适应我国大部分冬寒夏热地区和各种建筑需求。我国在此方面已走在世界前列，有望在短期内获得突破，率先实现产业化。

制备热致变色智能玻璃基本上有两种方式，即采用大规模磁控溅射制备二氧化钒镀膜玻璃的物理法制备方式，和采用化学方法合成二氧化钒纳米粉体，再通过混合或涂料涂覆等方式制备成为节能贴膜或节能玻璃的化学制备方式。显然，后者由于设备简单，易于大面积生产，价格低廉，和应用面广泛等显著优点，更容易为市场接受。

但是，由于钒氧体系化合物种类繁多，仅化学组成为二氧化钒(VO₂)就包括了多种同质异构晶体，其中在室温附近具有相变特性，并实质上可用于智能节能目的的晶相是金红石相二氧化钒。如何实现高性能金红石相二氧化钒纳米粉体的宏量制备始终是对科研与生产的挑战。

术语“热致变色”，是指材料的光学性能如透过、反射或吸收等，可随材料温度变化发生可逆变化的性能。变色如果在可见光范围内发生，能被肉眼观察到；如果在可见光以外波段，比如太阳的红外波段(780-2500纳米)等发生的光学变化，虽肉眼不可见，也被认为是广义上的变色。

术语“金红石相二氧化钒”，是指在室温附近呈现金红石晶体结构的二氧化钒。众所周知，二氧化钒有若干同质异构结晶，其中在室温附近的稳定晶相即与金红石有同样晶体结构的R(即Rutile)相，具有热致变色特性。

纯粹的金红石相二氧化钒在低于68℃时为单斜晶(M相)，呈半导体特性，即对红外线有较高的透过率；在高于68℃时变为正方晶(R相)，呈金屈特性，对红外线变为高反射。

但众所周知，金红石相二氧化钒的相变温度可通过元素掺杂或改变结构来调控。由于改变相变温度的手段，例如掺杂元素种类或改变应力等效果均为公众所周知，一股将这种具有金红石相晶体结构并在室温附近具有相变特性的二氧化钒统称为金红石相二氧化钒。所以本发明中的金红石相二氧化钒纳米粉体包括了目前所周知的掺杂和非掺二氧化钒。

另外，在已知的功能玻璃中，使用一种坚韧而且粘结力强的树脂膜(一股为聚乙烯醇缩丁醛即PVB膜)将两片或多片玻璃经高温压力粘合为一体的夹胶玻璃，由于其具有防止玻璃玻碎与飞散的安全性能，对声波的阻尼作用带来的隔音功能，不易被打碎侵入的防盗保安功能，在市场上获得了越来越多的重视。

特别是最近出现了在这种PVB中间膜内复合各种功能纳米粉体而产生了隔热，防紫外线等新的功能，使夹胶玻璃展现了更大的市场发展空间。

尽管如此，目前市场上的PVB功能中间膜仅仅能太阳光谱进行单方向非智能的调控，如阻隔红外线以在夏季获得遮热效果等。由于这种单方向的调节不能根据季节变化而改变，夏天遮热节能，冬天也遮热但却变为耗能，无法满足我国冬冷夏热大部分地区需要实现冬暖夏凉的节能舒适要求。

实际上，日本专利(JP4608682)早在2006就提出了一种具有热致变色功能的二氧化钒粉体和薄膜，及这种节能玻璃的制备方法。该技术提出，可将含有二氧化钒纳米粉体的薄膜贴附或夹在两片玻璃之间形成一种功能膜实现节能舒适需求，可以说展示了二氧化钒热致变色功能中间膜和夹胶玻璃的雏形。但是，遗憾的是，该发明专利并没有对这种中间膜和夹胶玻璃的具体制备方法进行更多的描述。

最近，中国专利(申请公布号CN103214989A，申请日2013年4月28日)进一步公开了一种智能调光PVB膜及智能调光PVB夹胶玻璃的具体制备方法。其主要权利要求可归结为，将二氧化钒纳米粉体的分散液分散到具有粘结性的PVB树脂中制成智能调光型PVB膜片，将这种膜片通过热压法粘合两片玻璃即可获得智能调光PVB夹胶玻璃。

但是，具有该领域长期研究经历的我们注意到以下问题点：