[发明专利]一种基于改性聚乙烯醇凝胶材料的温度自适应水凝胶智能窗

说明书

本发明公开了一种基于改性聚乙烯醇凝胶材料的温度自适应水凝胶智能窗，属于凝胶材料技术领域。将聚乙烯醇加入水中进行溶解，再加入醛类化合物，制得聚乙烯醇‑醛溶液，然后在15℃条件下加入有机酸反应，反应结束后添加氢氧化钠溶液终止反应，再通过旋蒸除去残留醛类化合物，即可得到所述改性聚乙烯醇凝胶材料，将制得的改性聚乙烯醇胶凝材料填充入透明凹槽中即得温度自适应水凝胶智能窗。采用本发明制得的改性聚乙烯醇凝胶材料低临界相转变温度接近室温，具备优异的可逆性，可以达到控制室内温度和减少室内制冷能耗的效果。此外，本发明操作简单，重现性高，可用于工业生产。

技术领域

本发明属于凝胶材料技术领域，尤其涉及一种基于改性聚乙烯醇凝胶材料的温度自适应水凝胶智能窗。

背景技术

随着技术和经济的快速发展，人类活动增加、碳排放量增多、全球气候变暖，能源短缺已成为城市的关键问题，其中一个主要原因是建筑物的巨大能源消耗。建筑使用的能源超过工业和运输部门，占总能源消耗的40%。供暖、通风和空调（HVAC）应用约占总能耗的50%。因此，提高建筑物的能源效率非常重要。作为建筑物内部和外部之间热交换的主要桥梁，窗户占能源消耗的比例最大，被认为是建筑结构中能源效率最低的部分。

近年来，智能窗户在建筑节能领域具有巨大的潜力，受到了工业界和科学界的广泛关注。在各种类型的变色窗户中，智能窗一般可以分为三种：光致变色型、电致变色型和热致调光型。光致变色型智能窗的原理是化合物在受到特定波长的光照时，通过特定的化学反应生成结构和光谱性能不同的产物，从而调节透光度。电致变色型智能窗通过外加电场的作用，使智能窗材料的光学性能发生连续可逆变化，并表现为智能窗的颜色和透明度发生可逆变化。而热致调光型智能窗依靠环境温度变化而改变自身对入射光线的透过或吸收特性。电致变色和热致变色智能窗户是最有希望开发成具有可逆调节太阳辐射透射能力的智能窗户。对于电致变色智能窗户，它需要电源，电气设备和额外的操作电源以及昂贵的制造工艺，这些缺点限制了它们的大规模应用。相对而言，热致变色型智能窗外观的变化可以由环境温度触发，这是一个没有净能量输入的自主系统，相对便宜，易于制造。

目前，大多数的智能窗为液晶智能窗，但液晶材料价格昂贵、使用条件较为复杂，这使得智能窗的应用大大受限。相比较而言，水凝胶材料（如酰胺类水凝胶）成本低廉，使用条件简单，在光开关特性方面表现出很好的性能；而且柔软的水凝胶能做出曲面智能窗，这是液晶智能窗等无法做到的。因此，水凝胶基的智能窗已经成为一大发展趋势。

温敏性水凝胶作为水凝胶体系中的一大分支，主要是由N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、聚乙二醇（PEG）和其他疏水性单元组成的两亲性嵌段共聚物，其水溶液在低温下呈现出溶胶态，当温度升高到某一点时，就会出现溶胶-凝胶的转变，但通常低临界相转变温度较高。此外，目前多数水凝胶的制备通过添加有机溶剂的方法，使反应制得的聚乙烯醇缩醛在反应过程中溶于均相体系，但分离产品、纯化产品、回收溶剂更为繁琐，成本较高，不适用于工业化。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于改性聚乙烯醇凝胶材料的温度自适应水凝胶智能窗，在低温条件下，将正丙醛添加到聚乙烯醇水溶液中，获得低修饰率的聚乙烯醇缩醛产品，并将其填充到透明凹槽中即可得到温度自适应水凝胶智能窗。该智能窗低临界相转变温度接近室温，具有较好的可逆性，可以达到控制室内温度和减少室内制冷能耗的效果，此外，本发明操作简单，重现性高，可用于工业生产。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明的技术方案之一：

一种改性聚乙烯醇凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：

a、制备聚乙烯醇-醛溶液：将聚乙烯醇溶于水，搅拌并升温，过滤得到聚乙烯醇水溶液，在聚乙烯醇水溶液中加入醛类化合物，搅拌均匀得到聚乙烯醇-醛溶液（PVA-Pr溶液）；

b、聚乙烯醇缩醛化过程：将步骤a制备的聚乙烯醇-醛溶液在搅拌条件下加入无机酸溶液中，反应得到聚乙烯醇-醛反应液（PVA-Pr反应液）；