一种双网络结构温敏性水凝胶制造技术

本申请提出了一种双网络结构温敏性水凝胶

【技术实现步骤摘要】
一种双网络结构温敏性水凝胶、制备方法及其在制备智能窗领域中的应用


[0001]本申请涉及热响应智能器件
，具体而言，涉及一种双网络结构温敏性水凝胶
、
制备方法及其在制备智能窗领域中的应用
。

技术介绍

[0002]近年来，刺激响应型智能窗在建筑节能领域拥有极大的潜力
。
与普通玻璃窗相比，智能窗的优势在于，它能够在极小的能源消耗甚至不消耗额外能源的情况下，调节室内的采光
、
温度等因素，是一种非常有前途的建筑节能技术
。
根据外界刺激的类型，智能窗主要分为光致变色智能窗
、
电致变色智能窗和热致变色智能窗等类型
。
其中，热致变色型智能窗能够根据外界环境温度的变化自发调节太阳光的透过率，该过程不消耗额外能量，且结构相对简单，成本较低，易于制造
。
[0003]温敏性水凝胶是一种大分子链上同时具有亲水和疏水基团的天然高分子，能自发响应环境温度变化，在水溶液中具有热可逆性
。
当温度低于临界温度
(LCST)
时，水凝胶的亲水性基团被水分子溶剂化，体积膨胀，呈现出良好的亲水性，凝胶呈透明；当温度高于
LCST
时，凝胶的疏水作用增强，分子聚集起来，形成从线圈到球体的构象转变，使得体积大幅度收缩，凝胶呈半透明或不透明状
。
它通过由舒展态
(
低温
)
到收缩态
(
高温
)r/>的可逆相变来实现其对太阳光透过率的调控
。
将温敏性水凝胶封装在双层玻璃间隙中，可制备具有高透明度和宽太阳光调控幅度的热致变色智能窗
。
[0004]但由于目前普通的温敏性水凝胶的相变温度普遍较高，无法满足热致变色智能窗所要求的
27℃
左右的人体舒适温度条件，不利于热致变色智能窗的实际应用
。
此外，热致变色智能窗的热响应时间过长，与光致变色
、
电致变色等智能窗类型相比还有极大的上升空间
。
因此，调节温敏性水凝胶的相变温度并提升其热响应速率，对热致变色智能窗的应用具有十分重大的意义
。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种双网络结构温敏性水凝胶，此水凝胶的相变温度为
10
‑
41℃
，与常规环境温度匹配
。
[0006]本申请的另一目的在于提供一种双网络结构温敏性水凝胶的制备方法，该制备方法简单方便
。
[0007]本申请的再一目的在于提供一种双网络结构温敏性水凝胶在制备智能窗领域中的应用，该智能窗产品具有优异的光热调控性能
。
[0008]为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案：
[0009]一方面，本申请提供一种双网络结构温敏性水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、
将温敏性纤维素和聚
‑
丙烯酸置于水中，搅拌至完全溶解，得到混合溶液；
[0011]S2、
分别配制盐酸溶液和氢氧化钠溶液；
[0012]S3、
将盐酸溶液和氢氧化钠溶液分别滴入混合溶液中，调整混合溶液的
pH
为1‑6，超声波分散后得到所述双网络结构温敏性水凝胶
。。
[0013]另一方面，本申请提供一种双网络结构温敏性水凝胶，采用上述制备方法制备而成
。
[0014]再一方面，本申请提供一种双网络结构温敏性水凝胶在制备智能窗领域中的应用，制备方法为：
[0015]将两块透明玻璃板的三边用
3M
密封胶封死，形成双层玻璃板；
[0016]将双网络结构温敏性水凝胶注入双层玻璃板之间的间隙中；
[0017]用
3M
密封胶密封玻璃板顶部边缘以形成具有夹层结构的智能窗
。
[0018]在本专利技术中，通过在室温下合成双网络结构温敏性水凝胶，将其作为热致变色层，利用盐酸和氢氧化钠调节水凝胶溶液的酸碱度，调整聚
‑
丙烯酸的水溶性
(
其在中性或碱性条件下通常是水溶性的，在酸性环境下不易溶于水
)
，进而实现对水凝胶亲水
‑
疏水性的转变，最终影响双网络结构温敏性水凝胶相变温度的波动范围
(10
～
41℃)
；在水凝胶溶液中掺杂光热转换材料可提升其热响应速率，密封后即可得到双网络结构温敏性水凝胶智能窗
。
[0019]通过上述方法制备的双网络结构温敏性水凝胶智能窗，当外界环境温度高于水凝胶的相变温度时，智能窗发生热致变色，颜色由无色透明转变为白色半透明甚至完全不透明；当外界温度低于双网络结构温敏性水凝胶的相变温度时，智能窗颜色由白色半透明甚至完全不透明转变为无色透明
。
[0020]相对于现有技术，本申请的实施例至少具有如下优点或有益效果：
[0021]1、
本专利技术通过最简单的物理交联方式，将温敏性纤维素
(HPC)
的羟基与聚
‑
丙烯酸
(PAA)
的羧基以氢键的形式连接在一起，形成双网络结构温敏性水凝胶；其氢键的断裂与形成可以实现水凝胶亲水
‑
疏水性的循环转换
。
该双网络结构温敏性水凝胶的相变温度为
10
～
41℃
，将其作为热致变色层，利用水凝胶溶液酸碱度调节智能窗的热致变色温度在
27℃
上下波动，在
34℃
左右时实现
HPC
‑
PAA
双网络结构水凝胶的最深着色状态
。
当环境温度大于
27℃
时，
HPC
‑
PAA
双网络结构水凝胶可以通过相变来改变自身颜色，以阻挡太阳光，能满足夏天室内的节能要求
。
[0022]2、
进一步的，本申请通过物理交联的方式将光热转换材料均匀掺杂在温敏性水凝胶中，天气炎热时，在太阳光的照射下，光热转换材料可以迅速将光能转化为热能，水凝胶升温至相变温度，由透明转化至半透明甚至不透明状，阻挡光线从水凝胶智能窗照射至室内，进而减小太阳光源对室内环境温度的影响，此步骤可以极大地提高了热致变色智能窗的热响应速率
。
[0023]综上，本专利技术的双网络结构温敏性水凝胶智能窗表现出优异的光热调控性能，可实现形态的自由切换，且组装过程简单快捷，成本较低，为热致变色智能窗的工程化应用提供了技术支持
。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双网络结构温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
将温敏性纤维素和聚
‑
丙烯酸置于水中，搅拌至完全溶解，得到混合溶液；
S2、
分别配制盐酸溶液和氢氧化钠溶液；
S3、
将盐酸溶液和氢氧化钠溶液分别滴入混合溶液中，调整混合溶液的
pH
为1‑6，超声波分散后得到所述双网络结构温敏性水凝胶
。2.
根据权利要求1所述的一种双网络结构温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，所述
S1
步骤中的温敏性纤维素包括羟丙基纤维素，甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素
。3.
根据权利要求1所述的一种双网络结构温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，所述
S1
步骤的混合液中温敏性纤维素浓度为2‑
10g/L
，聚
‑
丙烯酸的浓度为2‑
10g/L
，所述搅拌的转速为
300
‑
600r/min
，搅拌时间为
10
‑
30min。4.
根据权利要求1所述的一种双网络结构温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，所述
S1
步骤中盐酸溶液和氢氧化钠溶液的浓度为
0.5
‑
2mol/L。5.
根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋腾耀，仲赛，谭刚，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：