一种用于节能窗的液体复合夹层材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于节能窗的液体复合夹层材料及其制备方法，该液体复合夹层材料由高浓度的大尺寸核壳结构微凝胶颗粒和线性聚合物链组成，是通过反向原子转移自由基聚合法共聚N

【技术实现步骤摘要】
一种用于节能窗的液体复合夹层材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种用于节能窗的液体复合夹层材料及其制备方法，属于节能材料领域。

技术介绍

[0002]建筑物消耗了全球超过三分之一的能量，一方面是建造建筑物所消耗的能量呈现持续增加的趋势，另一方面是建筑物中用于加热和冷却的空调系统所消耗的能量在不断增加(约50％)。同时温室气体的排放引起的全球温度的升高也导致了建筑物中空调系统将消耗更多的能量用于降低室内温度。在造成室内温度上升的因素中，太阳热辐射是最主要因素，因此很必要去设计一种节能窗，能够调控进入室内的热辐射能量，在夏季气温较高时，窗户能够阻挡太阳光热辐射进入室内，有效减少空调系统用于制冷的能量消耗，在冬季气温较低时，不阻碍太阳光热辐射进入室内，从而减少空调系统用于加热的能量消耗，达到降低碳排放的目的。
[0003]目前的节能窗调控太阳光透过率的作用机制有电致变色、热致变色、力致变色、光致变色等，其中热致变色节能窗具有被动响应温度变化、无需额外能量输入的优点，依赖于环境温度的变化动态调节进入室内的热辐射量，达到强效节能的目的。
[0004]中国专利申请CN112279945A公开了一种感温变色水凝胶作为热致变色的节能窗夹层材料，首先将马来酸酐修饰的壳聚糖/N
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异丙基丙烯酰胺(NIPAm)/阳离子的预聚溶液注入玻璃夹层中，在常温下聚合24h形成固态的水凝胶夹层材料。此种制备节能窗的方法不仅生产效率低，而且水凝胶夹层在循环相变的过程中存在体积收缩的问题，导致节能窗的稳定性和可靠性低。因此需要一种制备更加高效，且能够在相变过程中保持稳定体积的热致变色夹层材料。
[0005]温敏性微凝胶能够在相变前后发生明显的尺寸变化，在低温下微凝胶表现为含有大量水分的疏松结构，能够允许光线的穿透，在高温下排出水分并转变为密实的结构，能够有效散射太阳光，从而实现对于太阳光热辐射的动态调节。温敏性微凝胶的悬浮液具有很好的流动性，并且在长期使用时不会发生体积的收缩，因而更适合作为节能窗的夹层材料。常见的温敏性微凝胶有羟丙基纤维素(HPC)微凝胶、泊洛沙姆(PEO
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PPO
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PEO)微凝胶和聚(N
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异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)微凝胶，其中PNIPAm微凝胶具有制备简单、相变温度(32℃) 接近室温的优势。聚(N
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异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)微凝胶的浓度、尺寸和其节能效率存在直接的关系。微凝胶的浓度越高，其相变后阻挡光线的能力越强。微凝胶相变后的尺寸与其散射的光线波长范围符合Mie散射定律，当入射光的波长与微凝胶颗粒的尺寸参数(2πR) 相当时，则能够对入射光进行有效的散射。目前制备温敏性聚(N
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异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm) 微凝胶颗粒的方法主要为无皂乳液聚合法。中国专利申请CN113773599A公开了一种用于智能窗的热致变色复合材料，利用无皂乳液聚合法一步投料合成聚(N
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异丙基丙烯酰胺) (PNIPAm)微凝胶分散液，然后通过加入羧甲基纤维素钠提高分散液的分散稳定性，同时也能够增加一部分对于太阳光的散射能力，但其构筑的1mm厚夹层的节能窗对于太
阳光调节效率低于60％，效果不尽如人意。同时，由于无皂乳液聚合法制备聚(N
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异丙基丙烯酰胺) (PNIPAm)微凝胶的体系要求反应中单体的浓度足够低，一般控制单体的质量分数小于溶液质量的2wt％，导致此方法制备得到的微凝胶悬浮液的浓度较低(Journal of Colloid andInterface Science,2013,405(1):96
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102；Journal of Macromolecular Science,PartA,2014,51(5):447
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455.)。而且，采用无皂乳液聚合法所制备的微凝胶颗粒的尺寸一般小于 1μm，在高温情况下发生相变收缩形成致密的微凝胶颗粒，其直径往往小于300nm，只能调控可见光区域的光线(380
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780nm)。2019年，国际上提出了通过改变投料方式和增加离子型共聚单体的方式用于获得大尺寸的聚(N
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异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)微凝胶颗粒，从而提高了微凝胶颗粒对于近红外光区域(780
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2500nm)和太阳光全光谱(280
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2500nm)的调控能力(Joule,2019,3(1):290
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302.)。
[0006]但是，在以上技术方案中，所制备的温敏性微凝胶悬浮液均存在明显的弊端：1)浓度低，需要进一步浓缩获得高浓度的微凝胶悬浮液用于提高其光调控性能，2)微凝胶颗粒易于团聚和沉降的问题，需要外加稳定剂提高其长期的稳定性。此外，目前大多数温敏性微凝胶夹层材料依然存在太阳光调控能力不佳的问题。因而寻求一种新的制备方法来直接获得新型聚(N
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异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)基节能窗夹层材料，解决目前聚(N
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异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm) 微凝胶的复杂后续处理、稳定性差和太阳光调控能力低的问题，对聚(N
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异丙基丙烯酰胺) (PNIPAm)节能窗的发展和应用具有重要意义。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种用于节能窗的液体复合夹层材料及其制备方法，该液体复合夹层材料通过一步法获得，是具有高浓度的微凝胶颗粒/线性聚合物链复合材料，其中的微凝胶颗粒具有高浓度、大尺寸和核壳结构(柠檬酸铜纳米颗粒为核，化学交联的聚合物网络为壳)等特点，在低温时复合材料具有高可见光透过率，在温度升高的过程中微凝胶颗粒和线性聚合物链均能够发生相变以及形态的变化，从而强效散射可见光和近红外光，达到高效节能的目的。另外，所制备的液体复合材料无需浓缩和加入稳定剂等后续处理即可直接作为节能窗的夹层使用，在长期的使用中保持优异的稳定性。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案之一是：
[0009]一种用于节能窗的液体复合夹层材料，包含具有核壳结构的化学交联的微凝胶颗粒和未化学交联的线性聚合物链，这两种组分均具有两亲性，即均具有亲水性的酰胺基和羧基，以及疏水性的异丙基和碳链骨架；化学结构如图1所示。
[0010]进一步，所述液体复合夹层材料存在下临界转变温度，即温度低于相变温度时，微凝胶颗粒和线性聚合物链的亲水性很强，能够结合大量的水从而分别悬浮和溶解在水中，液体复合夹层材料为透明状；温度高于相变温度时，微凝胶颗粒和线性聚合物链的疏水性增强，具体表现为微凝胶颗粒排出水分并发生体积的塌缩形成体积更小(直径为300
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600nm)、更密实的微凝胶颗粒，同时线性聚合物链通过线团
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微球转变发生线性聚合物链的聚集，形成物理交联的微凝胶颗粒，液体复合夹层材料由透明转变为不透明，从而有效阻挡太阳光的入射。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于节能窗的液体复合夹层材料，其特征在于，包含具有核壳结构的化学交联的微凝胶颗粒和未化学交联的线性聚合物链，这两种组分均具有两亲性，即均具有亲水性的酰胺基和羧基，以及疏水性的异丙基和碳链骨架。2.根据权利要求1所述的用于节能窗的液体复合夹层材料，其特征在于，所述液体复合夹层材料存在下临界转变温度，即温度低于相变温度时，微凝胶颗粒和线性聚合物链的亲水性强，能够结合水从而分别悬浮和溶解在水中，液体复合夹层材料为透明状；温度高于相变温度时，微凝胶颗粒和线性聚合物链的疏水性增强，具体表现为微凝胶颗粒排出水分并发生体积的塌缩形成体积更小、更密实的微凝胶颗粒，同时线性聚合物链通过线团
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微球转变发生线性聚合物链的聚集，形成物理交联的微凝胶颗粒，液体复合夹层材料由透明转变为不透明，从而有效阻挡太阳光的入射。3.一种如权利要求1所述的用于节能窗的液体复合夹层材料的制备方法，其特征在于，是由N
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异丙基丙烯酰胺单体和烯酸类单体共聚组成，利用反向原子转移自由基聚合，一步法形成由交联剂化学交联的微凝胶颗粒和未化学交联的线性聚合物链的复合材料，其中反向原子转移自由基聚合是通过单体配位氧化态的二价铜离子可逆夺取引发剂产生的自由基形成休眠种，保持体系中活性种
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休眠种的平衡，从而使聚合反应可控进行。4.根据权利要求3所述的用于节能窗的液体复合夹层材料的制备方法，其特征在于，具体方法为：(1)将N
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异丙基丙烯酰胺单体、烯酸类单体、交联剂、引发剂和铜盐混合，加水溶解直至可溶物完全溶解；或，将N
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异丙基丙烯酰胺单体、烯酸类单体分别配制成溶液，混合，然后加入交联剂、引发剂和铜盐溶解；(2)将步骤(1)溶液置于水浴锅中反应；(3)反应结束后，即可获得所述的液体复合夹层材料。5.根据权利要求4所述的用于节能窗的液体复合夹层材料的制备方法，其特征在于，所述烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、3
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丁烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳宇，杨旭，李纪昌，刁泉，王万杰，
申请(专利权)人：南阳理工学院，
类型：发明
国别省市：