一种对可见光和近红外光透过率分段调控的温控调光膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可见光和近红外光透过率分段调控的智能温控调光膜，所述调光膜包括高分子网络骨架、具有近晶相至胆甾相相转变的液晶分子和二氧化钒纳米粒子，所述高分子网络骨架包括含有网孔的高分子基体，所述网孔内部有垂直排列的高分子网络；所述液晶分子分散在高分子网络骨架内部；所述骨架和所述液晶分子之间分散有二氧化钒纳米粒子。本发明专利技术利用相变液晶分子的相转变实现对可见光透过率的调控，利用二氧化钒纳米粒子的相转变实现对近红外光透过率的调控。同时薄膜内部的高分子网络骨架赋予了两片基板之间良好的粘结强度，有利于实现薄膜的大面积辊对辊加工。所制备的薄膜在建筑节能、汽车车窗等领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种对可见光和近红外光透过率分段调控的温控调光膜及其制备方法
本专利技术属于功能性液晶材料技术应用领域，具体涉及一种可见光和近红外光透过率分段调控的智能温控调光膜及其制备方法。
技术介绍
在炎热的夏季，强烈的太阳光的辐射能是导致室内温度过高的主要原因，为营造舒适的室内环境，空调等制冷设备的运行消耗了大量的电能。数据表明，在全社会的三大能耗中，建筑能耗占到总能耗的30％以上。利用智能窗膜来代替传统的室内门窗，可以有效的实现太阳光辐射能的合理利用，对于缓解夏季室内温度过高，进而减少建筑能耗具有重要的作用。众所周知，太阳光的辐射能主要集中于可见光和近红外光两个波段，其中可见光波段大约占据太阳光辐射能的50％，而近红外光波段大约占据太阳光辐射能的47％。因此，合理的调节近红外光和可见光的透过率是智能窗膜实现太阳光辐射能的关键。在目前智能窗膜技术中，重要分为电控和温控智能窗膜两类。其中，电控智能窗膜主要采用电致变色技术，但是目前基于三氧化钨等材料的电致变色膜造价十分昂贵，还无法实现在建筑领域的应用，而且，电致变色膜需要人为的通电来调控薄膜的光学性能，无法像温控智能窗膜一样，可以自动感知外界温度的变化，实现薄膜光学性能的调控。智能温控膜技术主要基于一些相变材料，如二氧化钒或相变液晶材料。这类材料在低于或高于相变温度时，可以显著的改变薄膜的光学性能，以实现太阳光辐射能的智能调控。但是，二氧化钒的调控波段主要集中于900nm～1500nm的近红外波段，对于可见光的调控无能为力；而相变液晶材料则主要可以调控可见光的透过率，无法实现对近红外光的调控。
技术实现思路
为了实现可见光可近红外光透过率分段调控的智能调光膜的制备，本专利技术的一个目的在于通过将液晶/聚合物复合材料与二氧化钒纳米粒子进行结合，提供了一种可见光和近红外光透过率分段调控的智能温控调光膜，该智能温控调光膜在通常状态下呈透明状态，当外界温度高于或低于薄膜内部二氧化钒纳米粒子的相变温度时，薄膜自动调节其近红外光的透过率；当外界温度高于或低于薄膜内部液晶材料的相变温度时，薄膜自动调节其可见光的透过率。本专利技术的另外一个目的在于提供上述智能温控调光膜的制备方法。本专利技术提供的可见光和近红外光透过率分段调控的智能温控调光膜，所述调光膜包括高分子网络骨架、液晶分子区域和二氧化钒纳米粒子，所述高分子网络骨架包括含有网孔的高分子基体，所述液晶分子区域为由近晶相至胆甾相相转变的液晶分子构成，所述网孔内部有垂直排列的高分子网络；所述液晶分子分散在高分子网络骨架内部；所述高分子网络骨架和所述液晶分子之间分散有二氧化钒纳米粒子。作为上述技术方案的一个较好的选择，所述高分子网络骨架由可聚合单体通过分步聚合而成。所述的分步聚合以及下文提及的紫外光分步聚合指的是将体系内的可聚合单体通过调控的方式实现聚合，其包括紫外光引发的预聚和紫外光及电场共同作用下的加电聚合，所述第一次紫外引发聚合使得体系内10％～90％的非液晶性可聚合单体和0.1％～90％的液晶性可聚合单体实现聚合，从而形成具有一定粘度的基底和具有网孔的初步的高分子基体，之后再通过紫外光和电场的共同作用下使网孔内聚合形成具有明显垂直取向的高分子网络。依据用途(如刚性和柔性以及产品特性的要求)，可以控制第一次紫外引发聚合的聚合度来实现对于分步聚合的控制。控制的方式可以选择延长或者缩短紫外光照的时间，如选择第一次外光照时间在10-600s之内，为了得到具有不同初次聚合程度的产品，可以选择的第一次紫外光照时间可以是10-30s，30-60s，60-120s，100-200s，200-400s，400-600s不等。控制第一次紫外光照时间可以得到非液晶性可聚合单体聚合程度(单体反应比例)为10-20％，20-30％，30-50％，50-60％，60-70％，70-90％以及液晶性可聚合单体聚合程度(单体反应比例)为0.1-10％，10-20％，20-40％，40-60％，60-70％，70-90％的初次聚合产物。在本专利技术的实施例内使用了控制紫外光照时间的方式来控制分步聚合，但是本领域技术人员应当知晓，其他可以控制聚合进度的方法也可以应用于本专利技术的实施。作为上述技术方案的一个较好的选择，所述高分子基体的网孔尺寸大小为1um～100um。所述基体的网孔孔径可以根据需要进行控制，作为基础常识在控制了孔径后，依照本专利技术方法制备得到的垂直取向的高分子网络也会进行改变。对于所述的网孔大小，可以选择不同的范围值，如1-10，10-20，20-40，40-60，60-80，80-100微米不等，受制于网孔直径，相应的垂直取向的高分子网络尺寸也会相应变为更小的尺寸。作为上述技术方案的一个较好的选择，所述制备智能温控调光膜的原料中具有近晶相至胆甾相相转变的液晶材料、可聚合单体、二氧化钒纳米粒子按照重量比分比为：具有近晶相至胆甾相相转变的液晶材料：40.0～90.0重量份；可聚合单体：10.0～60.0重量份；二氧化钒纳米粒子：1.0～20.0重量份；所述可聚合单体包括液晶性聚合单体和非液晶性聚合单体。作为上述技术方案的一个较好的选择，所述具有近晶相至胆甾相相转变的液晶材料可通过自行混配制得。申请人在先提交的申请ZL201410353014.1已经公开了若干的具有近晶相至胆甾相相转变的液晶材料以及具体的混配方法。作为上述技术方案的一个较好的选择，本专利技术所使用的聚合单体为紫外光可聚合单体，包括非液晶性紫外光可聚合单体和液晶性紫外光可聚合单体。其中非液晶性紫外光可聚合单体可选择但不仅限于下面中的一种或几种，如不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、多烯硫醇体系、聚醚丙烯酸酯、水性丙烯酸酯、乙烯基醚类等。液晶性紫外光可聚合单体亦可选择但不限于下面分子中的一种或几种，如其中，m、n为4～8，x、y为1～2，E、Q为丙烯酸酯，或环氧丙烯酸酯，或聚氨酯丙烯酸酯，或环氧，或多烯硫醇。作为上述技术方案的一个较好的选择，所述二氧化钒纳米粒子可选择纯二氧化钒纳米粒子，也可以通过掺杂钨、镁、钼等元素来调节其相变温度。作为上述技术方案的一个较好的选择，所述纳米粒子在使用前需先分散在乙醇、环己烷、丙酮、甲苯等低沸点的溶剂中。当外界温度低于或高于二氧化钒纳米粒子的相变温度时，薄膜自动调节近红外光的透过率；当外界温度低于或高于液晶的相变温度时，薄膜自动调节可见光的透过率。作为上述智能温控调光膜一种更好的选择，二氧化钒纳米粒子的掺杂量为3-6。所述二氧化钒的相变温度低于或者高于液晶材料的相变温度时，二氧化钒纳米粒子会表现出不同的光学行为。。作为上述智能温控调光膜一种更好的选择，二氧化钒纳米粒子的掺杂量为3％，且二氧化钒的相变温度低于液晶材料的相变温度。此时，当外界温度低于二氧化钒纳米粒子的相变温度时，薄膜对近红外光(1250nm)的透过率为60％～80％，对可见光(600nm)的透过率为55％～80％；当外界温度高于二氧化钒的相变温度但低于液晶材料的相变温度时，薄膜对近红外光(1250nm)的透过率为40％～70％，对可见光(600nm)的透过率为52％-78％；当外界温度高于二氧化钒和液晶材料的相变温度时，薄膜对近红外光(1250nm)的透过率为20％～40％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对可见光和近红外光透过率分段调控的温控调光膜，其特征在于，所述调光膜包括高分子网络骨架、具有近晶相至胆甾相相转变的液晶分子和二氧化钒纳米粒子，所述高分子网络骨架包括含有网孔的高分子基体，所述网孔内部有垂直排列的高分子网络；所述液晶分子分散在高分子网络骨架内部；所述骨架和所述液晶分子之间分散有二氧化钒纳米粒子。

【技术特征摘要】
1.一种对可见光和近红外光透过率分段调控的温控调光膜，其特征在于，所述调光膜包括高分子网络骨架、具有近晶相至胆甾相相转变的液晶分子和二氧化钒纳米粒子，所述高分子网络骨架包括含有网孔的高分子基体，所述网孔内部有垂直排列的高分子网络；所述液晶分子分散在高分子网络骨架内部；所述骨架和所述液晶分子之间分散有二氧化钒纳米粒子。2.根据权利要求1所述的智能温控调光膜，其特征在于，所述高分子网络骨架由可聚合单体通过分步聚合而成。3.根据权利要求1所述的智能温控调光膜，其特征在于，制备智能温控调光膜的原料中包括具有近晶相至胆甾相相转变的液晶材料、可聚合单体、二氧化钒纳米粒子，其重量比分比为：具有近晶相至胆甾相相转变的液晶材料：10.0～90.0重量份；可聚合单体：10.0～80.0重量份；二氧化钒纳米粒子：1.0～20.0重量份。4.根据权利要求1-3任一所述的智能温控调光膜，其特征在于：所述可聚合单体为紫外光可聚合单体，包括非液晶性紫外光可聚合单体和液晶性紫外光可聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨槐，梁霄，陈梅，张兰英，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11