一种温度自适应智能窗及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种温度自适应智能窗及其制备方法，属于功能材料技术领域。该温度自适应智能窗含有温敏水凝胶，所述温敏水凝胶，以温敏水凝胶的总量为100wt％计，温敏性单体为1

【技术实现步骤摘要】
一种温度自适应智能窗及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种温度自适应智能窗及其制备方法，属于功能材料


技术介绍

[0002]由于人口和室内活动的增加以及全球气候变化，对建筑功能和室内空气质量的需求增加，建筑比交通和工业部门消耗更多的能源，降低建筑能耗对减少社会总能耗，减少电力成本具有重要意义。对于建筑物而言，合理的室内采光与窗体布局可以有效避免不必要的电力照明和取暖消耗，但夏季太阳光过多射入又会导致室内温度过高，需要空调进行降温，又会增加电力消耗。夏季开停室内温度每上调一度，耗电量大约减少5
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8％，反之，通过窗户调控室内温度受外界阳光的影响，则可以在室内平衡的条件下，降低耗电量。因此，研究者开发了智能窗，通过在玻璃上镀制或往夹层结构填充可响应外界刺激的自动调节透光度的功能材料，达到调控阳光射入、节能的效果。
[0003]智能窗根据功能材料的刺激
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响应方式不同可以分为电致变色智能窗、气致变色智能窗、光致变色智能窗和热致变色智能窗。其中，电致变色智能窗通过施加电压使电致变色材料的光学性能发生改变来实现对太阳光的动态调节，气致变色智能窗通过交替通入氧化性气体和还原性气体使气致变色层发生氧化还原反应来实现动态调节，二者都需要外部供能驱动，不能做到对环境的自适应调节，还增加了额外的耗电量，在实际应用中具有局限性。光致变色智能窗利用光致变色材料的太阳光透过率随光照强度而变化的特性研发，光照较强时，窗户颜色变深，太阳光透过率低；光照较弱时，窗户颜色变浅，透光率高，虽然能实现在夏季光照较强时调控阳光射入，降低室温，减少能耗，但在冬季光照较强时也会降低透光率而使室温更冷，又增加了取暖能耗。而热致变色智能窗是利用热致变色材料透光率随温度而变化的特性来动态调控太阳光，在冬季气温低时，窗户处于透明状态，阳光射入可以为房间取暖；在夏季温度高于某一值时，窗户透明度降低，减少阳光射入，降低室内温度，节约空调的电力消耗，不仅保证了良好的室内采光和舒适的生活环境，而且不需要耗费任何额外的能量即能实现自适应调节而达到降低能耗的效果，做到了真正意义上的智能调控，具有更广泛的应用前景。
[0004]常见的用于制备热致变色智能窗的热致变色材料有无机相变材料(二氧化钒等)和有机聚合物材料(聚乙烯基类、羟丙基纤维素类、聚丙烯酰胺类等)。无机相变材料以二氧化钒为主，二氧化钒在低温时呈单斜晶体相，允许近红外光透过，当温度升高到相转变温度时，转变为金红石相，而屏蔽大部分的近红外光，但其相转变温度在68℃左右，较高，且太阳光调光性能较差，与实际应用需求仍存在一定的差距。而有机聚合物材料因为光学性能优异，可以解决无机相变材料光学性能调控不足的问题而被广泛应用于热致变色智能窗的制备，并且相比于无机相变材料采用涂膜的方式制备智能窗，有机聚合物材料只需用夹层玻璃进行封装即可制备智能窗，在制备工艺和成本上也有很大的优势。
[0005]温敏水凝胶是一类亲水性的交联有机聚合物，在外界温度变化的刺激下，水凝胶的透光率会发生显著变化，呈现出一定的敏感特性。常见的温敏水凝胶具有低临界相转变
温度，当温度小于低临界相转变温度时，水凝胶处于溶胀状态，颜色透明；当温度大于低临界相转变温度时，水凝胶体积收缩，官能团发生亲疏水转变，疏水性基团缔合引起微球折射率上升，微球与水的折射率差增大，颜色由透明转变为不透明。因此温敏水凝胶是热致变色智能窗夹层填充材料的良好选择。目前虽有许多关于热致变色智能窗的温敏水凝胶材料的研究，但大多具有太阳光调制效率差、低临界相转变温度值较高、相变前透光率较低、相变速率慢等缺点，大大限制了其实际应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种温度自适应智能窗及其制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种温度自适应智能窗，含有温敏水凝胶，所述温敏水凝胶，以温敏水凝胶的总量为100wt％计，温敏性单体为1
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20wt％、乳化剂为0.001
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0.1wt％、交联剂为0.005
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0.2wt％、引发剂为0.01
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0.5wt％，余量为水；所述温敏水凝胶的厚度为1
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2mm。
[0008]本专利技术以温敏性单体、乳化剂、交联剂、引发剂经聚合反应制备得到温敏水凝胶，所述温敏水凝胶的粒径为亚微米级。所得温敏水凝胶的内部有许多均匀的孔隙，当温度小于低临界相转变温度时，温敏水凝胶内部存在大量的水分子，分子链和水分子间的氢键作用使得在分子链周围形成水化壳层，水化壳层的存在消除了聚合物和水之间的界面，此时，温敏水凝胶具有较高的透光率。当温度大于低临界相转变温度时，分子链收缩，水化壳层被破坏，水和聚合物之间出面明显界面，透过率急剧下降，影响实际应用。将所述温敏水凝胶用于温度自适应智能窗，在不同温度下表现出不同的透光率，其低临界相转变温度接近于室温，适合于在室温下使用，且透光率随温度变化的速率快，克服了现有的智能窗的一些不足。
[0009]本专利技术所述的温度自适应智能窗，在气温低时处于透明状态，阳光射入可以为房间取暖，在气温高于某一值时透明度降低，阳光射入减少，相比于对比窗可使室内温度降低1.0
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2.0℃，大大节约空调的电力消耗。
[0010]温敏水凝胶的厚度会影响智能窗的光学性能，温敏水凝胶厚度增加，太阳光更多被吸收，透过智能窗的太阳光减少，使得可见光透射比下降，不利于室内采光。
[0011]温敏性单体的用量、交联剂的用量、乳化剂的用量、引发剂的用量均会影响智能窗的光学性能。
[0012]当温敏性单体的用量小于1wt％时，未能达到聚合反应的有效浓度，单体之间不发生反应。当温敏性单体的用量大于20wt％时，反应产生大量的热量不能及时散发，导致温敏水凝胶受热发生凝聚聚沉，进而导致温敏水凝胶的孔隙不均匀，影响智能窗的光学性能。
[0013]当交联剂的用量大于0.2wt％时，太阳光的透射比和可见光的透过率会显著下降，严重影响室内观察，不利于实际应用。
[0014]作为本专利技术温度自适应智能窗的优选实施方式，所述温敏性单体为N
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异丙基丙烯酰胺、N
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羟乙基丙烯酰胺、N
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羟丙基丙烯酰胺、N
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异丁基丙烯酰胺中的至少一种。
[0015]上述温敏性单体含有不饱和碳碳双键，很容易打开进行自由基聚合，此外还含有亲水性基团的酰胺基和疏水基团，这种结构使得上述单体交联后的水凝胶呈现出温度响应
性，表现出低临界相转变温度；温敏水凝胶相转变是由交联网络的亲水/疏水性平衡受外界条件变化而引起，是大分子链构象变化的表现。
[0016]优选地，所述温敏性单体为N
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异丙基丙烯酰胺、N
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羟丙基丙烯酰胺中至少一种；更优选地，所述温敏性单体为N
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异丙基丙烯酰胺。由上述优选地的温敏性单体制备的温敏水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度自适应智能窗，其特征在于，含有温敏水凝胶，所述温敏水凝胶，以温敏水凝胶的总量为100wt％计，温敏性单体为1
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20wt％、乳化剂为0.001
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0.1wt％、交联剂为0.005
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0.2wt％、引发剂为0.01
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0.5wt％，余量为水；所述温敏水凝胶的厚度为1
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2mm。2.如权利要求1所述的温度自适应智能窗，其特征在于，所述温敏性单体为N
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异丙基丙烯酰胺、N
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羟乙基丙烯酰胺、N
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羟丙基丙烯酰胺、N
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异丁基丙烯酰胺中的至少一种。3.如权利要求1所述的温度自适应智能窗，其特征在于，所述乳化剂为十二烷基硫酸盐、十二烷基磺酸盐、十二烷基苯磺酸盐、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三乙基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。4.如权利要求1所述的温度自适应智能窗，其特征在于，所述交联剂为N,N
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【专利技术属性】
技术研发人员：洪炜，张诺，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：