热致变色透明膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种热致变色透明膜及其制备方法和应用。所述热致变色透明膜包括主体部和用于包覆所述主体部的封装层；所述主体部包括聚合物纳米纤维膜和负载于所述聚合物纳米纤维膜表面的热致变色材料层，所述封装层的材质为环氧树脂层。本发明专利技术提供的制备方法为首先制备聚合物纳米纤维膜，然后将热致变色材料溶于溶剂中形成热致变色混合溶液，再将所述热致变色混合溶液以预定图案负载于所述纳米纤维膜表面；最后将负载有图案化热致变色材料层的纳米纤维膜浸渍入环氧树脂溶液中，充分浸润并取出固化后，制备得到图案化热致变色透明膜。本发明专利技术制备的热致变色透明膜在柔性器件、智能响应、航天航空等领域具有巨大的应用价值。

Thermochromic transparent film and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
热致变色透明膜及其制备方法和应用
本专利技术属于薄膜制备
，具体是涉及一种热致变色透明膜及其制备方法和应用。
技术介绍
热致变色材料是一类当温度达到某一特定的范围时，材料的可见吸收光谱发生变化导致颜色发生改变，而当温度恢复到初始温度后，材料颜色也会随之恢复的智能型材料。热致变色现象是由于变色材料的光谱性质发生可逆性变化产生的，因此热致变色材料是一种热记忆功能材料，广泛应用于防伪、数字显示、智能图案显示、航天航空等领域。目前，随着柔性器件的飞速发展，柔性变色器件已成为当前的研究热点,并在军事伪装、航天航空、可视化传感等领域具有巨大的应用潜力，并且正在朝着智能化以及可穿戴的方向发展。因此，更多的研究者将柔性器件与热致变色材料结合起来，对柔性热致变色薄膜展开了研究，而且对柔性热致变色薄膜的要求也越来越往轻量化的方向发展。与传统的热致变色功能薄膜相比，柔性热致变色薄膜除了具备优良的透光性和热致变色功能特性之外，还具备柔性、轻质、廉价且能大规模工业生产等优势。但是柔性热致变色薄膜的稳定性能容易受到外界环境如空气中水分、氧气、酸碱度等因素的影响，导致其被氧化致使变色过程逐渐失效。因此亟需研究并且选用光学常数匹配且具有自疏水性材料作为保护层包覆材料，对热致变色薄膜的界面进行包覆，可以提高薄膜热致变色效果，同时实现热致变色薄膜使用寿命的大幅提升。另外，基于实际使用的需要，柔性热致变色薄膜对柔性基层透明度的要求较高，但是目前常用的高分子聚合物原料所制备的柔性基层的透明度参差不齐，能制备出高透明度薄膜的聚合物种类受限，从而在一定程度上限制了聚合物原料在柔性热致变色薄膜中的应用。申请号为CN201610179028.5的专利技术专利公开了一种透明柔性热致变色膜，通过在透明基材上添加导电涂层，并使用透明绝缘保护层对导电涂层进行保护，再配合使用热致变色凝胶层，制备得到透明柔性热致变色膜。但是该方法制备的薄膜为层层堆叠结构，在反复弯曲及受力作用下，层与层之间易于发生剥离，导致材料的破坏。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种热致变色透明膜及其制备方法和应用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种热致变色透明膜的制备方法，包括以下步骤：S1、利用静电纺丝法或熔融共混相分离法制备聚合物纳米纤维膜；S2、热致变色材料的负载：将预定量的热致变色材料溶于溶剂中制备热致变色混合溶液，再将所述热致变色混合溶液涂覆、喷涂或模板印刷于所述聚合物纳米纤维膜的表面；S3、环氧树脂包覆及固化：将步骤S2制备得到的所述表面负载有热致变色材料的纳米纤维膜浸渍于含有固化剂的环氧树脂溶液中，充分浸润并取出固化，制备得到热致变色透明膜。优选的，在所述热致变色透明膜中，所述纳米纤维膜与所述环氧树脂的质量比为30～70％：30～70％。优选的，所述纳米纤维膜的折射率与所述环氧树脂的折射率之差小于等于0.1。优选的，在步骤S2中，所述热致变色混合溶液以预设图案形成于所述聚合物纳米纤维膜的表面；所述预设图案包括但不限于为规则形状或者不规则形状。优选的，在步骤S1中，所述纳米纤维膜的制备方法为静电纺丝法、熔融共混相纺丝法中的一种；所述纳米纤维膜中纳米纤维的直径为50-500nm。优选的，在步骤S2中，所述溶剂为挥发性有机溶剂。优选的，在步骤S2中，所述溶剂为水和挥发性有机溶剂的混合溶液。优选的，所述挥发性有机溶剂包含但不限于乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、石油醚中的一种或几种混合。优选的，在步骤S2中，所述热致变色材料为低温可逆热致变色材料；所述热致变色材料包括无机热致变色材料和有机热致变色材料。优选的，所述无机热致变色材料包含但不限于金属、金属卤化物、金属氧化物、过渡金属配合物中的一种。优选的，所述有机热致变色材料包含但不限于螺吡喃类、荧烷类、吲哚啉苯酞类、三芳甲烷苯酞类、螺环类中的一种。优选的，在步骤S3中，所述固化过程中，固化温度为70～90℃。优选的，所述固化剂为聚醚胺。优选的，在步骤S1中，所述聚合物纳米纤维膜的材质包含但不限于为聚酯、聚烯烃、聚酰胺、接枝共聚物中的一种或多种混合。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种热致变色透明膜。所述热致变色透明膜为上述热致变色透明膜的制备方法制备得到，包括主体部和用于包覆所述主体部的封装层；所述主体部包括聚合物纳米纤维膜和负载于所述聚合物纳米纤维膜表面的热致变色材料层，所述封装层的材质为环氧树脂层；所述聚合物纳米纤维膜与所述环氧树脂的质量比为30～70％：30～70％。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了所述热致变色透明膜在柔性器件、智能响应、智能玻璃及航天航空领域的应用。本专利技术提供的热致变色透明膜的制备方法，机理在于：一、本专利技术采用浸渍法制备聚合物纳米纤维膜/环氧树脂复合膜，使得环氧树脂溶液能够扩散到膜内并完全覆盖纳米纤维，用以提高聚合物纳米纤维膜/环氧树脂复合膜的透明度，反应机理如下：1)由于聚合物纳米纤维表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子，极易与外来原子吸附键结合，在环氧树脂包覆过程中，导致其与环氧树脂氢键结合，纳米纤维表面张力变大，使得环氧树脂与纳米纤维之间存在较强的相互作用。而且由于纳米纤维纳米尺度上的量子轨道效应，使得环氧树脂粒子很容易扩散入纳米纤维内部，并将纳米纤维内部空隙填满，包覆完全。而且，复合膜的环氧树脂包覆层表面平整，与纳米纤维膜相比表面粗糙度大大降低，可以减小其表面的散射，用以增大复合膜透明度。2)共混物多相材料的透明性还与两相之间折光指数的差异有关，折光指数相近有利于减少两相界面之间的散射，提高透光率。在没有环氧树脂填充包覆的情况下，纳米纤维之间的空隙被空气填充，入射光不仅在空气/纤维界面多次反射和折射，而且被纤维吸收，使得纳米纤维在视觉上呈现白色，透光率较低。而当纳米纤维膜被环氧树脂包覆后，空隙被环氧树脂填充，空气/纳米纤维界面被环氧树脂/纳米纤维界面取代。环氧树脂/纳米纤维界面结构紧凑，折射率相近，有效减少了光散射和反射率引起的损耗，因此，聚合物纳米纤维膜/环氧树脂复合膜的透明性相比于纯纳米纤维膜得到了显著的提高，经环氧树脂包覆并固化后的纳米纤维膜呈现出透明色，具备稳定且较高的透光率。3)当分散相尺寸小于可见光波长时,光不发生折射和反射，所以不会影响高聚物的透明性。纳米纤维的平均直径小于可见光波长，由此产生的小尺寸效应能够有效降低光散射，提高复合膜的透明度。因此，聚合物纳米纤维膜/环氧树脂复合膜的透明性是由复合材料表面粗糙度、纳米纤维的纳米尺寸以及纳米纤维与环氧树脂的折射率匹配度三者共同决定和协同作用实现的。二、本专利技术采用直接负载的方式将热致变色材料负载在纳米纤维膜表面，图案可控性强，作为本专利技术制备的透明膜的中间层，热致变色材料层是本专利技术实现图案化功能的关键，但是热致变色材料易受外部环境的影响，需要选用光学常数匹配且致密的材料作为保护层包覆材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热致变色透明膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1、利用静电纺丝法或熔融共混相分离法制备聚合物纳米纤维膜；/nS2、将预定量的热致变色材料溶于溶剂中制备热致变色混合溶液，再将所述热致变色混合溶液涂覆、喷涂或模板印刷于所述聚合物纳米纤维膜的表面；/nS3、将步骤S2制备得到的所述表面负载有热致变色材料的纳米纤维膜浸渍于含有固化剂的环氧树脂溶液中，充分浸润并取出固化，制备得到热致变色透明膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种热致变色透明膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、利用静电纺丝法或熔融共混相分离法制备聚合物纳米纤维膜；
S2、将预定量的热致变色材料溶于溶剂中制备热致变色混合溶液，再将所述热致变色混合溶液涂覆、喷涂或模板印刷于所述聚合物纳米纤维膜的表面；
S3、将步骤S2制备得到的所述表面负载有热致变色材料的纳米纤维膜浸渍于含有固化剂的环氧树脂溶液中，充分浸润并取出固化，制备得到热致变色透明膜。


2.根据权利要求1所述的热致变色透明膜的制备方法，其特征在于：在所述热致变色透明膜中，所述纳米纤维膜与所述环氧树脂的质量比为30～70％：30～70％。


3.根据权利要求1所述的热致变色透明膜的制备方法，其特征在于：所述纳米纤维膜的折射率与所述环氧树脂的折射率之差小于等于0.1。


4.根据权利要求1所述的热致变色透明膜的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述热致变色混合溶液以预设图案形成于所述聚合物纳米纤维膜的表面；所述预设图案包括但不限于为规则形状或者不规则形状。


5.根据权利要求1所述的热致变色透明膜的制备方法，其特征在于：所述聚合物纳米纤维膜中纳米纤维的直径为50～500nm。


6.根据权利要求1所述的热致变色透明膜的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述热致变色材料为低温型可逆热致变色材料；所述低温型...

【专利技术属性】
技术研发人员：李沐芳，王栋，赵旭，王文，刘轲，陆莹，梅涛，李颖颖，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42