一种光致变色玻璃

技术领域

本发明属于玻璃技术领域，具体涉及一种光致变色玻璃。

背景技术

光致变色玻璃一般为“三明治”式结构，外部支撑保护层为玻璃材料，中间层为光致变色材料和有机成膜物质形成的胶片，光致变色材料分为有机光致变色材料和无机光致变色材料，有机光致变色材料存在热稳定性差、易老化、耐候性弱等问题，无机光致变化材料虽然相对有机致变色材料存在稳定高的特点，但是存在的表面效应和静电效应容易造成团聚现象的发生，使其无法均匀分散在有机物中，极大影响成膜均匀性，并且一旦纳米粒子在复合材料中发生相分离，会使功能层性能迅速衰减，严重影响光色视窗玻璃质量。

目前改善无机光致变化材料的技术手段通常是利用硅烷偶联剂对纳米粉体进行改性处理，改善机理是偶联剂水解形成硅醇，然后与纳米粒子表面的羟基发生脱水缩合反应从而接枝到粒子表面，但是该过程中偶联剂容易发生自身的缩聚反应，使分散性能变差，改善作用有限，仍有提升空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光致变色玻璃，以解决背景技术中的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种光致变色玻璃，包括由上至下依次设置的第一玻璃层、有机-无机复合层和第二玻璃层；

该光致变色玻璃通过以下步骤制成：

将第一玻璃、有机-无机复合膜材料和第二玻璃依次层叠后放入硅胶袋中，在2.5KPa真空度下排气20min并转移至干燥炉内85℃保温30min，然后在高压釜中，温度110～150℃下，压强1～3MPa下热压25min，之后冷却至室温，得到光致变色玻璃。

进一步地，有机-无机复合膜材料通过以下步骤制成：

准备以下质量百分比原料：0.5～2％光致变色粉，0.5～1％功能材料，20～30％增塑剂，余量为聚乙烯醇缩丁醛，将上述原料加入混炼机中搅拌10～20min，之后加热至140～160℃熔融挤出并制成0.5～1.2mm的胶片，再通过冷却、去水、吹干等操作后，得到有机-无机复合膜材料。

进一步地，功能材料通过以下步骤制成：

步骤S1、将纳米铯钨青铜粉体加入无水乙醇中，球磨3h，之后向球磨液中加入活化聚乙烯醇缩丁醛的醇溶液，继续搅拌1h，超声30～40min，离心，沉淀干燥，得到改性纳米铯钨青铜；

其中，纳米铯钨青铜粉体、无水乙醇和活化聚乙烯醇缩丁醛的醇溶液的用量比为10g：90～110mL：10mL，活化聚乙烯醇缩丁醛的醇溶液由活化聚乙烯醇缩丁醛和无水乙醇按照0.4g：10mL组成；

步骤S2、将改性纳米铯钨青铜分散在DMF中，加入辅助剂、烯丙基琥珀酸酐和过氧化二苯甲酰，75～80℃搅拌反应3～5h，反应结束后，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤3～5次，干燥，得到功能材料；

其中，改性纳米铯钨青铜、DMF、辅助剂、烯丙基琥珀酸酐和过氧化二苯甲酰的用量比为10g：100mL：02～0.3g：0.4～0.6g：0.03～0.05g。

铯钨青铜纳米粉体为在近红外区域(波长800～1200nm)具有强烈吸收，同时在可见光区域(波长380～780nm)具有高透过率，将其应用光泽变色玻璃中，能够赋予光致变色玻璃良好的光学性能。

为了提高铯钨青铜纳米粉体在有机膜基质(聚乙烯醇缩丁醛)中的分散性，本发明对其进行改性处理，分为两步：

首先通过球磨处理使纳米铯钨青铜粉体在无水乙醇中分散均匀，然后利用活化聚乙烯醇缩丁醛进行包覆处理，活化聚乙烯醇缩丁醛包覆于铯钨青铜纳米粉体表面时，产生静电稳定效应和空间位阻效应，提高纳米铯钨青铜粉体在聚乙烯醇缩丁醛分散性，相比于直接利用聚乙烯醇缩丁酸包覆处理，活化聚乙烯醇缩丁醛与纳米铯钨青铜粉体结合更加紧密，原因在于活化聚乙烯醇缩丁醛分子中羧基的引入，提高活化聚乙烯醇缩丁醛与纳米铯钨青铜粉体之间的氢键作用，使活化聚乙烯醇缩丁醛均匀包覆在纳米铯钨青铜粉体表面；

然后，本发明利用烯丙基琥珀酸酐、辅助剂与活化聚乙烯醇缩丁酸分子中的不饱和双键反应，在改性纳米铯钨青铜分子表面接枝活性酸酐基团、受阻胺结构、硫脲结构，得到功能材料。

进一步地，活化聚乙烯醇缩丁醛通过以下步骤制成：

将聚乙烯醇缩丁醛、对甲苯磺酸和DMF加入烧瓶中，搅拌溶解后加入马来酸酐，升温至55～60℃，搅拌反应5～6h，反应结束后，冷却至室温后加入丙酮，继续搅拌30min后转移至蒸馏水中，搅拌后抽滤，滤饼用去离子水洗涤多次，干燥，得到活化聚乙烯醇缩丁醛；

其中，聚乙烯醇缩丁醛、对甲苯磺酸、DMF和马来酸酐的用量比为6g：0.18～0.25g：100mL：3g，在对甲苯磺酸的催化作用下，使聚乙烯醇缩丁醛分子链的羟基与马来酸酐发生开环反应，引入活性羧基和不饱和双键，得到活化聚乙烯醇缩丁醛。

进一步地，辅助剂通过以下步骤制成：

室温下将4-氨基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶和1,4-二氧六环加入三口烧瓶中，搅拌溶解后，加入二月桂酸二丁基锡，之后边搅拌边滴加异硫氰酸烯丙酯，滴加结束后，升温至50℃，搅拌反应4～6h，反应结束后，旋蒸去1,4-二氧六环，得到辅助剂；

其中，4-氨基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶、1,4-二氧六环、二月桂酸二丁基锡和异硫氰酸烯丙酯的用量比为60mmol：60mL：0.058～0.062g：70～72mmol，以4-氨基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶和异硫氰酸烯丙酯为原料，通过氨基与异硫氰基反应，得到含有受阻胺结构、硫脲结构和不饱和双键的辅助剂。

进一步地，光致变色粉为1,2-二氢-5-羟基萘并环戊-3-酮。

进一步地，增塑剂为三甘醇二异辛酸酯、三甘醇二正庚酸酯、四甘醇二异辛酸酯、癸二酸二丁酯、己二酸二己酯、双季戊四醇酯中的一种或多种按照任意比例混合。

进一步地，第一玻璃和第二玻璃的厚度为1.6～3.0mm，选自普通浮法玻璃或超白浮法玻璃。

本发明的有益效果：

1、本发明选用具有快速光响应和抗疲劳性的光致变色粉作为基础光致变色材料，选用光谱选择性吸收的铯钨青铜纳米颗粒作为近红外光屏蔽材料，选用聚乙烯醇缩丁醛作为主要膜载体材料，利用超声分散和高速球磨设备，将铯钨青铜纳米颗粒制成功能材料；随后将聚乙烯醇缩丁醛增塑剂，以及有机光色粉和功能材料共同加到混炼机中搅拌混合，并利用流延机加热后挤出成膜，制得功能层复合胶膜；然后制备成光致变色玻璃，具有良好的耐候性和变色响应速度。

2、本发明将铯钨青铜纳米颗粒制成功能材料，利用活化聚乙烯醇缩丁醛与纳米铯钨青铜粉体之间的氢键作用，使活化聚乙烯醇缩丁醛均匀包覆在纳米铯钨青铜粉体表面，产生静电稳定效应和空间位阻效应，提高纳米铯钨青铜粉体在聚乙烯醇缩丁醛分散性，相比于直接利用硅烷偶联剂处理，分散性高，得到的光致变色玻璃雾度低，光学性能好。

3、本发明将烯丙基琥珀酸酐、辅助剂通过化学接枝手段引入改性纳米铯钨青铜表面，即在改性纳米铯钨青铜表面引入活性酸酐基团、受阻胺结构和硫脲结构，酸酐基团能够与活性羟基发生反应，提高纳米铯钨青铜在膜基质中的稳定性，并且提高有机-无机复合膜与玻璃基板之间的粘接性，受阻胺结构的引入能够提高有机-无机复合膜的耐光性，硫脲结构则是提高有机-无机复合膜的抗氧化性能，因此，功能材料的制备与加入能够赋予光致变色玻璃优异的光学性能和耐候性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

辅助剂通过以下步骤制成：

室温下将60mmol 4-氨基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶和60mL 1,4-二氧六环加入三口烧瓶中，搅拌溶解后，加入0.058g二月桂酸二丁基锡，之后边搅拌边滴加70mmol异硫氰酸烯丙酯，滴加结束后，升温至50℃，搅拌反应4h，反应结束后，旋蒸去1,4-二氧六环，得到辅助剂。

实施例2

辅助剂通过以下步骤制成：

室温下将60mmol 4-氨基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶和60mL 1,4-二氧六环加入三口烧瓶中，搅拌溶解后，加入0.062g二月桂酸二丁基锡，之后边搅拌边滴加72mmol异硫氰酸烯丙酯，滴加结束后，升温至50℃，搅拌反应6h，反应结束后，旋蒸去1,4-二氧六环，得到辅助剂。

实施例3

功能材料通过以下步骤制成：

步骤S1、将10g纳米铯钨青铜粉体加入90mL无水乙醇中，球磨3h，之后向球磨液中加入活化聚乙烯醇缩丁醛的醇溶液，继续搅拌1h，超声30min，离心，沉淀干燥，得到改性纳米铯钨青铜，活化聚乙烯醇缩丁醛的醇溶液由活化聚乙烯醇缩丁醛和无水乙醇按照0.4g：10mL组成；

步骤S2、将10g改性纳米铯钨青铜分散在100mL DMF中，加入0.2g辅助剂、0.4g烯丙基琥珀酸酐和0.03g过氧化二苯甲酰，75℃搅拌反应3h，反应结束后，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤3次，干燥，得到功能材料。

活化聚乙烯醇缩丁醛通过以下步骤制成：

将6g聚乙烯醇缩丁醛、0.18g对甲苯磺酸和100mL DMF加入烧瓶中，搅拌溶解后加入3g马来酸酐，升温至55℃，搅拌反应5h，反应结束后，冷却至室温后加入丙酮，继续搅拌30min后转移至蒸馏水中，搅拌后抽滤，滤饼用去离子水洗涤多次，干燥，得到活化聚乙烯醇缩丁醛。

实施例4

功能材料通过以下步骤制成：

步骤S1、将10g纳米铯钨青铜粉体加入110mL无水乙醇中，球磨3h，之后向球磨液中加入活化聚乙烯醇缩丁醛的醇溶液，继续搅拌1h，超声40min，离心，沉淀干燥，得到改性纳米铯钨青铜，活化聚乙烯醇缩丁醛的醇溶液由活化聚乙烯醇缩丁醛和无水乙醇按照0.4g：10mL组成；

步骤S2、将10g改性纳米铯钨青铜分散在100mL DMF中，加入0.3g辅助剂、0.6g烯丙基琥珀酸酐和0.05g过氧化二苯甲酰，80℃搅拌反应5h，反应结束后，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤5次，干燥，得到功能材料。

活化聚乙烯醇缩丁醛通过以下步骤制成：

将6g聚乙烯醇缩丁醛、0.25g对甲苯磺酸和100mL DMF加入烧瓶中，搅拌溶解后加入3g马来酸酐，升温至60℃，搅拌反应6h，反应结束后，冷却至室温后加入丙酮，继续搅拌30min后转移至蒸馏水中，搅拌后抽滤，滤饼用去离子水洗涤多次，干燥，得到活化聚乙烯醇缩丁醛。

对比例1

本对比例提供一种功能材料：

步骤S1、将10g纳米铯钨青铜粉体加入110mL 50wt％无水乙醇中，球磨3h，之后向球磨液中加入KH-570的醇溶液，继续搅拌1h，超声40min，离心，沉淀干燥，得到改性纳米铯钨青铜，活化聚乙烯醇缩丁醛的醇溶液由KH-570和无水乙醇按照0.4g：10mL组成。

对比例2

本对比例为实施例3步骤S1所得的改性纳米铯钨青铜。

实施例5

一种光致变色玻璃，包括由上至下依次设置的第一玻璃层、有机-无机复合层和第二玻璃层；

该光致变色玻璃通过以下步骤制成：

将第一玻璃、有机-无机复合膜材料和第二玻璃依次层叠后放入硅胶袋中，在2.5KPa真空度下排气20min并转移至干燥炉内85℃保温30min，然后在高压釜中，温度110℃下，压强3MPa下热压25min，之后冷却至室温，得到光致变色玻璃。

其中，有机-无机复合膜材料通过以下步骤制成：

准备以下质量百分比原料：0.5％1,2-二氢-5-羟基萘并环戊-3-酮，0.5％实施例3的功能材料，20％三甘醇二异辛酸酯，余量为聚乙烯醇缩丁醛，将上述原料加入混炼机中搅拌10min，之后加热至140℃熔融挤出并制成0.5mm的胶片，再通过冷却、去水、吹干等操作后，得到有机-无机复合膜材料。

第一玻璃和第二玻璃的厚度为1.6mm，选自普通浮法玻璃。

实施例6

一种光致变色玻璃，包括由上至下依次设置的第一玻璃层、有机-无机复合层和第二玻璃层；

该光致变色玻璃通过以下步骤制成：

将第一玻璃、有机-无机复合膜材料和第二玻璃依次层叠后放入硅胶袋中，在2.5KPa真空度下排气20min并转移至干燥炉内85℃保温30min，然后在高压釜中，温度120℃下，压强2MPa下热压25min，之后冷却至室温，得到光致变色玻璃。

其中，有机-无机复合膜材料通过以下步骤制成：

准备以下质量百分比原料：1％1,2-二氢-5-羟基萘并环戊-3-酮，0.8％实施例4的功能材料，25％三甘醇二正庚酸酯，余量为聚乙烯醇缩丁醛，将上述原料加入混炼机中搅拌15min，之后加热至150℃熔融挤出并制成1.0mm的胶片，再通过冷却、去水、吹干等操作后，得到有机-无机复合膜材料。

其中，第一玻璃和第二玻璃的厚度为2.0mm，选自普通浮法玻璃。

实施例7

一种光致变色玻璃，包括由上至下依次设置的第一玻璃层、有机-无机复合层和第二玻璃层；

该光致变色玻璃通过以下步骤制成：

将第一玻璃、有机-无机复合膜材料和第二玻璃依次层叠后放入硅胶袋中，在2.5KPa真空度下排气20min并转移至干燥炉内85℃保温30min，然后在高压釜中，温度150℃下，压强1MPa下热压25min，之后冷却至室温，得到光致变色玻璃。

其中，有机-无机复合膜材料通过以下步骤制成：

准备以下质量百分比原料：2％1,2-二氢-5-羟基萘并环戊-3-酮，1％实施例3的功能材料，30％四甘醇二异辛酸酯，余量为聚乙烯醇缩丁醛，将上述原料加入混炼机中搅拌20min，之后加热至160℃熔融挤出并制成1.2mm的胶片，再通过冷却、去水、吹干等操作后，得到有机-无机复合膜材料。

其中，第一玻璃和第二玻璃的厚度为3.0mm，选自普通浮法玻璃。

对比例3

与实施例5相比，将实施例5中功能材料替换成对比例1中物质，其余原料及制备过程同实施例5。

对比例4

与实施例5相比，将实施例5中功能材料替换成对比例2中物质，其余原料及制备过程同实施例5。

对实施例5～7和对比例3～4所得光致变色玻璃进行性能测试，测试内容如下：

耐候性：根据标准GB/T5137.3-2002和GB15763.3-2009，将制备的光致变色玻璃在50℃和90％相对湿度的环境下放置7天，然后观察光致变色玻璃的边缘部分是否黄变；

变色响应速度测试：将制备的光致变色玻璃在同样的光照下照射，然后测试光致变色玻璃达到显色温度状态所需的时间作为显色响应时间(单位：秒)。

透光率/雾度测试：根据标准GB/T2680-1994测试光致变色玻璃的透光率、雾度和粘接强度；

结果如表1所示：

表1

由表1可以看出，相比于对比例3～4，实施例5～7所制备的光致变色玻璃不仅耐候性高，且光学性能好。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。