[发明专利]一种可逆热致变色粉末的合成方法及具有其的调光板/薄膜和应用

说明书

本发明公开了一种可逆热致变色粉末的合成方法，包括如下步骤：A)将表面活性剂和可接枝的聚合单体加入到水相分散介质中混合均匀，形成水相；B)将被接枝的有机单体加入到油相分散介质中混合均匀，形成油相；C)将水相和油相乳化混合形成混合相；D)向混合相中加入引发剂来启动聚合单体和有机单体的共聚合反应，得共聚物；E)将步骤D)中的共聚物进行过滤、干燥，得可逆热致变色粉末。本发明还公开了含有该可逆热致变色粉末的调光板/薄膜和应用。本发明所提供的可逆热致变色粉末具有优异的温敏性、且与透明高分子基材具有优异的相容性和加工性，大大提高了该可逆热致变色粉末的实际使用功能。

技术领域

本发明属于光学材料技术领域，具体涉及一种可逆热致变色粉末的合成方法及具有其的调光板/薄膜和应用。

背景技术

不管城市还是农村，能耗一直是制约当今人类社会发展的瓶颈。建筑能耗约占人类总能耗的30％-40％，其中约半数是由建筑采暖或制冷等空调造成的，而通过门窗散失的热量约占整个建筑空调耗能的30％。另一方面，随着现代建筑对室外景观和室内采光等要求的提高，往往采用较大面积的玻璃窗或玻璃幕墙结构，而建筑玻璃作为隔热保温的薄弱环节，在保证玻璃采光的同时如何提高其保温隔热性能成为降低建筑能耗的重要途径。可逆热致变色玻璃可以根据环境温度的变化改变太阳光的透射强度和透过行为，在不影响透光性的前提下，大大阻隔太阳光中的能量，从而降低了空调的使用时间，使得能耗大大降低。

目前可能应用于市场的热致变色玻璃按成分划分，主要有水凝胶型、液晶型、无机氧化物型和聚合物型等。其中水凝胶和液晶型都是含有至少两种单元(水/聚合物)，在一定温度下，由于其宏观呈现均一相，所以为高度透明状态，当超过某低临界溶解温度(LCST)时，前者微观状态下发生相分离，后者发生相转变，从而使得宏观状态下呈现浑浊状态。但由于凝胶和液晶的自身强度较差，作为产品使用时水凝胶和液晶需要封装在玻璃夹层中，其材质可能发生泄露、霉变；此外，水凝胶和液晶在透明-浑浊的可逆循环中，可能导致宏观上出现永久性浑浊状态，基于这些因素，所以限制了其应用。无机氧化物主要为VO₂。

VO₂因为它的相变温度为68℃，当温度低于68℃时，呈单斜晶系结构；温度高于68℃时，呈四方晶系结构，由于晶系结构的变化，它的光学性质发生了很大的变化。目前其应用最大的难点是通过铌、钼、钨等元素的参杂或者氟化技术和镀膜技术，将其相变温度由68℃降至接近室温。此外，其应用主要为镀膜形式，其镀膜技术的高低，直接影响了VO₂的效能。

聚合物型热致变色材料，有很多种利用形式，它的最主要原理是利用关键原材料在特定温度下的相变，此类材料在相变温度(PCT)以下呈现宏观均一相，在PCT以上时，各原料发生相分离，从而各原材料由于折射率的不同而发生宏观上的“雾化”状态。例如Eck等以甲苯作为共溶剂，在聚苯乙烯-co-聚丙烯酸羟乙酯交联网络中混入聚氧化丙烯，制得了具有互穿网络结构的热致散射薄膜材料。常温下，低折射率的聚氧化丙烯相与高折射率的聚苯乙烯-co-聚丙烯酸羟乙酯相，通过分子间氢键作用相容形成一相。当温度升高时，两相随氢键作用的削弱而逐渐分离，由于折射率匹配性下降，材料呈现光散射状态。其透明态透过率为92％(20℃)，浑浊态透过率为30％(90℃)，并且其转变温度可以通过控制交联度来进行调节。但是该聚合物型热致变色材料的变色温度很高，在实际应用中，外界的环境温度很多时候无法达到其变色温度，尤其是在北方，因此其实际使用性受限。