玻璃智能窗及其制备方法

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，尤其涉及玻璃智能窗及其制备方法。

背景技术

全球约40％的能源消耗来自建筑行业，中国每年的建筑能耗都高达20％左右，这些能源被应用于制冷，供暖及照明等。在能源问题日益突出的今天，如何在满足人们日常生活需求的基础上减少能源损耗成为一个关键问题。“智能窗”能够动态调节太阳辐射能透过率，不仅可以让室内的人感到舒适，而且可以减少室内制冷、供暖所需的能耗，从源头上减少能源损耗。

目前，智能窗领域成熟的技术有电致变色智能窗、光致变色智能窗和热致变色智能窗，但是电致变色智能窗需要额外的电能来供应，造成了另一种能源的损耗，而光致变色智能窗工艺复杂、成本昂贵等特点也限制了其应用，传统的热致变色智能窗常用的材料VO

发明内容

本发明的目的在于提供玻璃智能窗及其制备方法，制备方法安全、反应迅速。

为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种玻璃智能窗的制备方法，包括：提供两片玻璃；依次清洗、干燥处理所述玻璃；在干燥的两片玻璃之间加入水凝胶预聚液密封，所述水凝胶预聚液在两片所述玻璃之间原位聚合反应，获得玻璃智能窗；其中，所述水凝胶预聚液由以下制备步骤制得：将非离子表面活性剂、烯类单体、交联剂、催化剂加入去离子水中溶解，然后加入引发剂混合，获得水凝胶预聚液。

根据本发明实施例，水凝胶预聚液在两片玻璃之间原位聚合反应为水凝胶，并且两片玻璃通过水凝胶粘合为玻璃智能窗；其中，非离子表面活性剂使合成的水凝胶预聚液具有温度响应性质，该制备方法安全且反应迅速。

在本发明第一方面的前述任一实施例中，水凝胶预聚液在两片玻璃之间的聚合时间为15min～30min，聚合温度为20℃～70℃。反应条件温和，且制备迅速。

在本发明第一方面的前述任一实施例中，以所述水凝胶预聚液的总质量1为质量基准，所述非离子表面活性剂的质量份数为0.5％～5％。水凝胶透明-不透明的转变温度可以通过改变非离子表面活性剂的用量来控制，非离子表面活性剂具有浊点的性质，随着温度升高，水凝胶的透光率降低。非离子表面活性剂的质量分数为0.5％～5％时，水凝胶透明-不透明开始转变的温度为25℃～50℃。随着非离子表面活性剂质量分数的增加，凝胶透明-不透明开始转变的温度越低。

在本发明第一方面的前述任一实施例中，以所制水凝胶预聚液的总质量1为质量基准，烯类单体的质量份数为5％～15％、所述交联剂的质量份数为0.05％～0.2％、催化剂的质量份数为0.05％～0.1％和引发剂的质量份数为0.05％～0.2％。水凝胶透明-不透明的转变温度可以通过改变烯类单体和交联剂的用量来控制，通过增加水凝胶预聚液中烯类单体与交联剂的用量，所制得的玻璃智能窗透明-不透明开始转变的温度将降低。该方法制备的玻璃智能窗对温度响应迅速，性能稳定。

在本发明第一方面的前述任一实施例中，清洗处理包括：使用水或者无水乙醇清洗所述玻璃，以去除所述玻璃表面的污渍。清洗溶剂对环境危害性小。

在本发明第一方面的前述任一实施例中，非离子表面活性剂包括聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)、月桂酰二乙醇胺和聚乙二醇醚中的至少一种。此非离子表面活性剂不参与自由基聚合反应，对自由基聚合反应无影响，但是可以控制智能窗的透光率变化。此非离子表面活性剂具有稳定的浊点性质，在低温时溶解于凝胶中，此时水凝胶为澄清透明；在高温时会均匀的析出在凝胶中，导致水凝胶透光率的下降。

在本发明第一方面的前述任一实施例中，烯类单体包括丙烯酰胺、丙烯酸和乙酸乙烯酯中的至少一种。烯类单体可以进行自由基聚合反应，形成水凝胶的主体结构。

在本发明第一方面的前述任一实施例中，所述交联剂包括N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和/或聚乙二醇二丙烯酸酯。此交联剂具有双烯类结构，能够在自由基聚合中将链状的聚合物链交联为三维网络状结构，从而防止溶剂流动。

所述催化剂包括N,N,N',N',-四甲基乙二胺和/或亚硫酸氢钠。此催化剂具有一定的还原性，能够将引发剂还原为初级自由基，从而加速自由基聚合反应的速度。

所述引发剂包括过硫酸铵和/或过硫酸钾。此引发剂具有氧化性并且能与还原剂发生反应产生稳定的初级自由基，用于引发烯类单体的聚合反应。

第二方面，本发明实施例提供了一种玻璃智能窗，其由第一方面任一实施例的制备方法获得。根据本发明实施例的玻璃智能窗对温度响应迅速，性能稳定。

附图说明

图1为本发明实施例1，实施例2中制备的玻璃智能窗的紫外-可见吸收光谱图。

图2为本发明实施例1制备的玻璃智能窗在不同温度的呈现图。

具体实施方式

为了使本申请的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合具体实施例对本申请进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。

为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。

在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中“多种”的含义是两个以上。

本申请的上述发明内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。

发明人发现非离子表面活性剂具有独特的温度响应性质-浊点，当温度低于其浊点时，非离子表面活性剂完全溶解在水中，当温度高于其浊点时，非离子表面活性剂将在水中析出。

将非离子表面活性剂引入到自由基聚合水凝胶中，利用水凝胶独特的三维网络状结构网络大量的水分，使非离子表面活性剂溶解在水凝胶中，这样合成的水凝胶便有了独特的温度响应性质，在低温时水凝胶因为非离子表面活性剂的完全溶解而表现为透明状，高温时由于非离子表面活性剂的部分析出变为乳白色不透明状，将其应用于智能窗具有很好的温度响应效果。

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本实施例以聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)、丙烯酰胺、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、N,N,N',N',-四甲基乙二胺、过硫酸铵、去离子水作为原料制备合成玻璃智能窗，其随温度升高，在27℃透光率开始下降，具体实施过程如下：

(1)将两片玻璃用水进行清洗，去除污渍后干燥；

(2)配制水凝胶预聚液10g。其中聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)质量为0.2g、丙烯酰胺的质量为1g、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量为0.015g、N,N,N',N',-四甲基乙二胺的质量为0.008g、过硫酸铵的质量为0.016g和去离子水的质量为8.761g。

(3)将水凝胶预聚液分别在两片玻璃之间原位聚合并密封，反应20分钟后，得到在27℃开始不透明转变的玻璃智能窗。

实施例2

本实施例以聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)、丙烯酰胺、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、N,N,N',N',-四甲基乙二胺、过硫酸铵、去离子水作为原料制备合成玻璃智能窗，其在32℃下开始不透明转变，具体实施过程如下：

(1)将两片玻璃用水进行清洗，去除污渍后干燥；

(2)配制水凝胶预聚液10g。其中聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)质量为0.2g、丙烯酰胺的质量为0.5g、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量为0.015g、N,N,N',N',-四甲基乙二胺的质量为0.008g、过硫酸铵的质量为0.016g和去离子水的质量为9.261g。

(3)将水凝胶预聚液分别在两片玻璃之间原位聚合并密封，反应20分钟后，得到在32℃开始不透明转变的玻璃智能窗。

实施例3

本实施例以聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)、丙烯酰胺、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、N,N,N',N',-四甲基乙二胺、过硫酸铵、去离子水作为原料制备合成玻璃智能窗，其在40℃下开始不透明转变，具体实施过程如下：

(1)将两片玻璃用水进行清洗，去除污渍后干燥；

(2)配制水凝胶预聚10g。其中聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)的质量为0.05g、丙烯酰胺的质量为1g、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量0.015g、N,N,N',N',-四甲基乙二胺的质量0.008g、过硫酸铵的质量为0.016g、去离子水的质量为8.911g。

(3)将水凝胶预聚液在两片玻璃之间原位聚合并密封，反应20分钟后，得到在40℃开始不透明转变的玻璃智能窗。

实施例4

本实施例以月桂酰二乙醇胺、丙烯酸、聚乙二醇二丙烯酸酯、亚硫酸氢钠、过硫酸钾、去离子水作为原料制备合成玻璃智能窗，其在35℃下开始不透明转变，具体实施过程如下：

(1)将两片玻璃用水进行清洗，去除污渍后干燥；

(2)配制水凝胶预聚10g。其中月桂酰二乙醇胺的质量为0.1g、丙烯酸的质量为1g、聚乙二醇二丙烯酸酯的质量为0.015g、亚硫酸氢钠的质量0.008g、过硫酸钾的质量为0.016g和去离子水的质量为8.861g。

(3)将水凝胶预聚液在两片玻璃之间原位聚合并密封，反应20分钟后，得到在35℃开始不透明转变的玻璃智能窗。

实施例5

本实施例以聚乙二醇醚、乙酸乙烯酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、亚硫酸氢钠、过硫酸钾去离子水作为原料制备合成玻璃智能窗，其在45℃下开始不透明转变，具体实施过程如下：

(1)将两片玻璃用水进行清洗，去除污渍后干燥；

(2)配制水凝胶预聚10g。其中聚乙二醇醚的质量为0.05g、乙酸乙烯酯的质量为0.5g、聚乙二醇二丙烯酸酯的质量为0.015g、亚硫酸氢钠的质量0.008g、过硫酸钾的质量为0.016g和去离子水的质量为9.411g。

(3)将水凝胶预聚液在两片玻璃之间原位聚合并密封，反应20分钟后，得到在45℃开始不透明转变的玻璃智能窗。

如图1所示，对实施例1，实施例2中所制备的温度响应的玻璃智能窗进行表征与分析。实施例1制备的玻璃智能窗(丙烯酰胺质量份数10％)在27℃时透光率开始下降，发生透明-不透明的转变。实施例2制备的玻璃智能窗(丙烯酰胺质量份数5％)在32℃时透光率开始下降，发生透明-不透明的转变。

如图2所示，实施例1制备的玻璃智能窗在25℃时透明，在35℃变为不透明，降温后又变为透明(图2)。

以上所述的具体实施方式，对本发明进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均属于本发明的保护范围之内。