一种温度自适应聚合物凝胶及其制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种温度自适应聚合物凝胶及其制备方法及其应用，所述聚合物凝胶先由低共熔溶剂氢键受体与氢键供体均匀混合，再通过光引发剂紫外光引发聚合反应获得。其中，氢键供体包括含双键的羧酸类单体和聚乙二醇，氢键受体包括季铵盐。本发明专利技术的温度响应性透明

【技术实现步骤摘要】
一种温度自适应聚合物凝胶及其制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于凝胶变色材料的
，具体涉及一种温度响应性复合凝胶智能窗户材料的制备方法和应用备。
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技术介绍

[0003]随着科技技术的发展，全球气候变暖现象日益严重，其主要原因是人类对资源的过度消耗，导致二氧化碳等温室气体大量排放。其中传统建筑物消耗占据约 40% 的全球能源，而窗户是能源效率最低的组件之一，由于热量很容易通过窗户传递，对供热制冷成本有很大影响，因此占据建筑能源损失的 60%。所以，在这种形式严峻的大背景下，发展“零能耗建筑”是必然趋势。
[0004]近年来，智能窗户因其可以智能感知外界环境因素变化并按需动态、可逆地调节室外可见光和太阳辐射的透过率，即在适宜温度下呈现透明状态保证太阳光的透过，在炎热温度下呈现白色不透明状态阻碍过量的太阳辐射而受到广泛的关注。其通过对材料本身透光率的调节来有效控制进入室内的太阳辐射能量，降低建筑物因为照明和温度控制而产生的能耗，从而以达到建筑节能的目标。一般来说，智能窗户通过外界响应因素不同可以分为光响应智能窗户、电响应智能窗户、温度（热）响应智能窗户等。而温度响应智能窗户相比于其他智能窗户具有无需额外控制因素并且无需额外能量输入的情况下就能对环境温度变化进行快速响应，达到对太阳光透光率的调整，从而得到广泛研究。
[0005]目前， 温敏性凝胶、钙钛矿和二氧化钒是被广泛使用的温度响应智能窗户材料。其中二氧化钒和钙钛矿温度响应通常是基于相结晶结构转变的过程，当外界温度高于材料相变温度时，材料的晶体结构会发生明显改变，而这种变化会对入射光线进行散射，进而调节可见光和太阳辐射的透过率。然而，由钙钛矿和二氧化钒制备的智能玻璃存在两个缺陷，一是材料转变温度为 60℃ 远高于自然界常规温度，二是材料的太阳光透过率与太阳光调制因子低，使室内降温效率低。而温敏性凝胶则是基于聚合物网络在体系最低临界共溶温度或最高临界共溶温度的相分离过程，即一定环境下聚合物分子链在分散介质中相容的临界温度，当体系发生相分离时高分子链会发生蜷缩形成微球对入射光线进行散射，从而达到调节可见光和太阳辐射的透过率的效果。这类温敏凝胶具有接近室温的转变温度，并且太阳光透过率与太阳光调制因子高，是制备温度响应智能窗户的理想材料。但目前这些凝胶材料往往只具有单一的温度响应特性，比如只能在室外高温情况下阻挡过量太阳辐射，或着在室外寒冷时阻挡由内向外的中红外黑体辐射。这种单一温度响应特性很难满足人们的实际需求：炎热的中午能阻挡太阳辐射，降低室内温度减少能源消耗；温度适宜时足够的可见光和太阳辐射可以通过，维持室内外温度平衡和亮度；而在寒冷的晚上阻挡室内的热量辐射到外界避免供暖能量的浪费并且还能保护室内住户的隐私。此外，这种凝胶在高温下只能通过阻碍太阳辐射单向向内热传输来实现降温，没有从冷却空间向外界环境的散热传输辐射降温，并且该材料的响应是相分离的过程，虽然其对温度的变化极其敏感，但是对
外界热量不能加以利用，不能在高温时对热能进行储存，低温时进行释放以达到室内升温的作用。上述的这些缺陷给器件在实际应用中带来了极大的阻碍，有鉴于此，特提出本专利技术以解决上述技术问题中的至少一个。
[0006]
技术实现思路

[0007]本专利技术第一目的是提供了一种温度自适应聚合物凝胶智能窗户材料的制备方法及应用，该复合凝胶具有双温度响应特性，在低温时响应过程是凝胶中有机溶剂的相变过程，其溶剂的液固转变不仅使凝胶透光率发生变化，而且固化时材料对外界释放出储存的热量对室内进行加温；在高温时响应过程是凝胶中聚合物链在有机溶剂中的相分离过程。在基体材料上选择与 8
‑
13 μm 大气窗口波段相匹配的聚合物，为实现高温时自发降温辐射制冷提供了可能。
[0008]本专利技术第二目的是在于提供一种智能窗户，包含上述聚合物凝胶。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：步骤1：将氢键受体季铵盐溶于含双键的羧酸类液态单体和低分子量 PEG 氢键供体中，在高温下混合均匀至透明，制备得到聚乙二醇基可聚合低共熔溶剂；步骤2：在步骤 1 中得到的低共熔溶剂中加入光引发剂，持续通入氮气后除去气泡再倒入模具内，光引发制备得到温度响应性聚合物凝胶。
[0010]一种基于本专利技术的制备方法得到的双温度响应性聚合物凝胶。
[0011]一种基于本专利技术的制备方法得到的双温度响应性聚合物凝胶的应用。
[0012]有益效果1、本专利技术设计了一种新的聚乙二醇基可聚合低共熔溶剂。在体系中含双键的羧酸类单体不仅能提高氢键受体季铵盐与 PEG 的互溶度，而且在后期光引发后聚合形成凝胶骨架，减少新的单体引入简化材料制备流程。
[0013]2、本专利技术中聚合物羧酸网络与短链 PEG 构成形状稳定相变体系。聚合物骨架与 PEG 之间的密集氢键作用，确保 PEG 在进行固液转变过程中依然能够很好的固定在网络中，防止液态 PEG 的泄漏。
[0014]3、本专利技术设计了一种新的双温度响应特性。创新性用液态的低分子量 PEG 代替水分子引入聚合物网络中形成聚合物凝胶，该外界温度降低到 PEG 600 的固化温度（20℃）时，网络中的有机溶剂 PEG 在固化放热的同时从透明的液态转变成白色固态，进而使凝胶整体颜色也从透明状态转变成白色不透明状态。当外界温度升高时，聚合物骨架与 PEG 之间氢键密度不断降低直至到相分离的阀值，此时聚合物链与 PEG 的氢键作用不足以形成均相体系，开始发生聚集收缩，收缩成的球体会对入射光线进行散射，进而改变了凝胶的透光率形成不透明的白色状态。降低温度后，聚合物骨架与 PEG 之间氢键密度开始提高，体系逐渐恢复成均相体系，凝胶转变成透明状态。其中高温转变温度可以通过引入氢键受体季铵盐来进行调控，随着季铵盐含量的提高，高温转变温度逐渐降低。
[0015]4、本专利技术中选择了与 8
‑
13 μm 大气窗口波段相匹配的基体材料实现自发降温辐射制冷。当材料的红外波段与地表物体的黑体辐射峰 8
‑
13 μm 基本重叠时，能实现其对太空辐射能量。而材料的红外区域的吸收与其官能团组成密切相关，其中 PEG 的 C
‑
O
‑
C 波
长范围为 7.8
‑
9.8 μm，能自发的进行辐射制冷。
[0016]5、本专利技术设计了一种聚合物凝胶的制备方法，其制备流程简单，方法易于操作，原料低廉易得，且通过该制备方法制得的聚合物凝胶具有良好的双温度响应特性、极短的响应时间以及极好的循环稳定性。
[0017]附图说明
[0018]图1为本专利技术的双温度响应性智能窗户的作用示意图；图2为实施例1、实施例2、实施例3组装的智能窗户在连续升温过程中定波长（600 nm)的透过率光谱图；图3为实施例1组装的智能窗户在不同温度不同波长的透过率光谱图；图4为实施例1组装的智能窗户在不同温度可见光波长范围的透过率光谱图；图5为实施例1组装的智能窗户的光调制能力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度自适应聚合物凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：将氢键受体季铵盐溶于含双键的羧酸类液态单体和低分子量 PEG 氢键供体中，在高温下混合均匀至透明，制备得到聚乙二醇基可聚合低共熔溶剂体系；步骤2：在步骤 1 中得到的低共熔溶剂体系中加入光引发剂，持续通入氮气后除去气泡再倒入模具内，光引发制备得到温度自适应聚合物凝胶。2.根据权利要求 1 所述的温度自适应聚合物凝胶的制备方法，其特征在于上述步骤1中氢键受体季铵盐为氯化胆碱，含双键的羧酸类单体为丙烯酸羟乙酯，PEG的分子量为 600，混合温度为 60～80℃，混合时间为 30～40 min。3.根据权利要求 2 所述的温度自适应聚合物凝胶的制备方法，其特征在于所述氯化胆碱、双键的羧酸类单体和 PEG 600 的质量比为 0.1～0.5 : 1 : 1~2。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，周琪森，刘天西，黄雨璠，王煜烽，朱天宜，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：