本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种温敏变色材料。
背景技术：
随着经济的快速发展，节能和环保成为时代的主题。由智能温敏变色材料制作的调光膜，能够随着环境的变化改变其对阳光的透射行为，既能显著降低阳光中透射的热量，又能保持良好的透明性，因而受到越来越广泛的重视。
相关技术中，较为成熟的调光膜有电控液晶膜，它是液晶膜由PVB/EVA(其中，PVB即聚乙烯醇缩丁醛，为polyvinyl butyral的英文缩写；EVA是乙烯－乙酸乙烯(醋酸乙烯)酯共聚物，英文为：Ethylene Vinyl Acetate，简称为EVA，或E/VAC)膜覆盖在最中央，然后经高温高压胶合而成。当电控产品关闭电源时，电控调光膜内的液晶分子会呈现不规则的散布状态，使光线无法射入，从而使电控膜呈现不透明的外观；通电后，里面的液晶分子呈现整齐排列，光线可以自由穿透，此时电控膜呈现透明状态。然而，上述技术为被动式变色，需要外加电源，能耗较高，且断电时不透光，通电时透光，不能很好地满足建筑门窗的需求。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种温敏变色材料，所述温敏变色材料既能在环境温度高时散射阳光，降低阳光中透过的热量，温度下降后，又能恢复良好的透明性。
根据本发明实施例的温敏变色材料，包括：温度敏感高分子：质量百分数为0.5％～2％；成膜单体：质量百分数为0～35％；增稠剂：质量百分数为0～5％；分散剂：质量百分数为0～1％；交联剂：质量百分数为0～0.5％；氧化剂：质量百分数为0～3％；还原剂：质量百分数为0～1％，其中，所述温敏变色材料的溶剂为水。
根据本发明实施例的温敏变色材料，具有根据温度智能调节光线及热量的特点，该温敏变色材料既能降低阳光中透过的热量，又能保持良好的透明性。适用于各种住宅、写字楼、温室大棚等需要调节温度及光线的场所。
另外，根据本发明上述实施例的温敏变色材料还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述温度敏感高分子为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物、聚氧乙烯-聚氧丁烯-聚氧乙烯嵌段共聚物或聚氧乙烯-聚氧戊烯-聚氧乙烯嵌段共聚物中的一种或两种混合，所述温度敏感高分子的分子量在1x103g/mol至1x104g/mol之间。
在本发明的一些实施例中，所述成膜单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、异丙基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺中的一种或多种的混合物。
根据本发明的一些实施例，所述增稠剂为明胶、琼脂、甲基纤维素、海藻酸钠、卡拉胶、羧丙基甲基纤维素中的一种或者多种的混合物。
在本发明的一些实施例中，所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甘胆酸钠中的一种或多种混合物。
根据本发明的一些实施例，所述交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、N，N，N'，N'-四甲基乙二胺、二甲基丙烯酸的一种或多种的混合物。根据本发明的一些实施例，所述温敏变色材料的PH值调节为中性。
在本发明的一些实施例中，用来调节PH值的物质可以是NaOH、Na2CO3、KOH或K2CO3中的一种或多种组合，用来调节PH值的物质的质量百分数为0～5％。
根据本发明的一些实施例，所述温敏变色材料为液态形式灌于透明空腔中后密封或固化成膜后置于透明空腔中使用。
在本发明的一些实施例中，所述温敏变色材料固化的方式包括氧化还原固化、热固化及冷却固化。
在本发明的一些实施例中，所述温敏变色材料的引发聚合方式为氧化还原固化，其中氧化剂为过氧化酰、过氧化氢、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或几种的混合物，还原剂为乙二胺、吗啉、五元环胺、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵中一种或几种的混合物。
在本发明的一些实施例中，所述温敏变色材料在低于临界温度时为无色透明，在温度高于所述临界温度时为白色，可散射及反射80％的光线和热量，所述临界温度的范围为20℃～70℃可调。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供一种温敏变色材料，所述温敏变色材料可以液态形式灌注在透明空腔中，例如中空玻璃、吸塑膜空腔或其它空腔中，也可通过一定的方法让其在空腔中固化成水凝胶。根据本发明实施例的温敏变色材料，当低于临界温度时温敏变色材料为无色，可透过大部分的光线；当温度高于某临界温度时敏变色材料为白色，可散射及反射80％的光线和热量，且该临界温度从25℃至55℃可调，具有根据环境智能调节光线及热量的特点，适用于各种住宅、写字楼、温室大棚等需要调节温度及光线的场所。所述温敏变色材料还可以与加热片结合，制成主动式调光膜，用于室内隔断或作为投影硬屏等。
下面详细描述根据本发明实施例的温敏变色材料。
根据本发明实施例的温敏变色材料，包括：温度敏感高分子：质量百分数为0.5％～2％；成膜单体：质量百分数为0～30％；增稠剂：质量百分数为0～5％；分散剂：质量百分数为0～1％；交联剂：质量百分数为0～0.5％；氧化剂：质量百分数为0～3％；还原剂：质量百分数为0～1％，其中，所述温敏变色材料的溶剂为水，选择无毒的水作为溶剂可以减少甚至消除温敏变色材料对人体的危害，还可以适当降低温敏变色材料的使用成本。根据本发明实施例的温敏变色材料，当达到特定温度时即发生颜色变化，当温度回到最初标准值时颜色也相应回复原始色彩。
其中，温度敏感高分子是指对温度变化敏感的高分子材料。如温度变化引起导电率、导热系数、折射率等性质的改变。所述温敏变色材料中温度敏感高分子的质量百分数可以为0.5％、0.6％、0.75％、0.9％、1％或2％。
在高分子化学中，单体是可与同种或他种分子通过共价键连接生成聚合物的小分子。恰当地选择成膜单体能够促进高分子化合物塑性流动和弹性变形，改善聚结性能，能在较广泛温度范围内成膜。根据温敏材料的最终形态，所述温敏变色材料中成膜单体的质量百分数可以为0、5％、7％、9％、11％、12.5％、14％、16％、18％、20％、25％或30％。
增稠剂是一种流变助剂，广泛用于食品、涂料、胶黏剂、化妆品、洗涤剂、印染、橡胶、医药等领域。根据实际需求，所述温敏变色材料中增稠剂的质量百分数可以为0、0.2％、0.4％、0.7％、0.9％、1.1％、1.3％、1.5％、1.7％、1.9％、2％、3％、4％或5％。
分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。可均一分散那些难于溶解于液体的无机，有机颜料的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的药剂。所述温敏变色材料中分散剂的质量百分数可以为0、0.1％、0.25％、0.4％、0.5％、0.75％、或1％。
交联剂是一种能在线型分子间起架桥作用，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构的物质。所述温敏变色材料中交联剂的质量百分数可以为0、0.01％、0.05％、0.15％、0.25％、0.35％、0.45％或0.5％。
在氧化还原反应中，获得电子的物质称作氧化剂，与此对应，失去电子的物质称作还原剂。所述温敏变色材料中氧化剂的质量百分数可以为0、0.5％、0.8％、1.0％、1.3％、1.5％、2.0％、2.5％或3％。所述温敏变色材料中还原剂的质量百分数可以为0、0.1％、0.15％、0.25％、0.3％、0.4％、0.5％、0.7％、0.85％或1％。
这里，需要说明的是，温敏变色材料中上述各组成的具体质量百分数可以在实际应用中适应性选择。
根据本发明实施例的温敏变色材料，具有根据环境智能调节光线及热量的特点，该温敏变色材料既能降低阳光中透过的热量，又能保持良好的透明性。适用于各种住宅、写字楼、温室大棚等需要调节温度及光线的场所。
另外，根据本发明实施例的温敏变色材料还可以与加热片结合，制成主动式调光膜，用于室内隔断或作为投影硬屏等。
根据本发明的一些实施例，所述温度敏感高分子可以为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物、聚氧乙烯-聚氧丁烯-聚氧乙烯嵌段共聚物或聚氧乙烯-聚氧戊烯-聚氧乙烯嵌段共聚物中的一种或两种混合，所述温度敏感高分子的分子量在1x103g/mol至1x104g/mol之间。由此，可以根据实际需要选择上述对温度变化敏感的高分子材料(即温度敏感高分子)，使得所述温度敏感高分子的变化易于观察。
其中，将所述温度敏感高分子的分子量限定在1x103g/mol至1x104g/mol之间，可以使肉眼能够较好地观察到温度敏感高分子的变化。所述温度敏感高分子的分子量可以为1x103g/mol、3x103g/mol、5x103g/mol、7x103g/mol、8.5x103g/mol或1x104g/mol。
在本发明的一些实施例中，所述成膜单体可以为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、异丙基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺中的一种或多种的混合物。其中，恰当地选择成膜单体能够能促进高分子化合物塑性流动和弹性变形，改善聚结性能，能在较广泛温度范围内成膜。
根据本发明的一些实施例，所述增稠剂为明胶、琼脂、甲基纤维素、海藻酸钠、卡拉胶、羧丙基甲基纤维素中的一种或者多种的混合物。增稠剂是一种流变助剂，可以改变温敏变色材料的稠度，增稠剂的具体形式可以根据实际需要适应性选择。
在本发明的一些实施例中，所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甘胆酸钠中的一种或多种混合物。分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。可均一分散那些难于溶解于液体的无机，有机颜料的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的药剂。由此，可以使得温敏变色材料更加稳定。
根据本发明的一些实施例，所述交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、N，N，N'，N'-四甲基乙二胺、二甲基丙烯酸的一种或多种的混合物。交联剂是一种能在线型分子间起架桥作用，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构的物质。加入交联剂后可以在一定程度上提高温敏变色材料的化学稳定性。
其中，聚合指单体小分子通过相互连接成为链状大分子,尤其非常大的分子，一般分子量达到5000以上，甚至可以达到几千万。从而得到一种新的材料，叫做高分子材料。
根据本发明的一些实施例，所述温敏变色材料的PH值调节为中性。由此，可以在很大程度上减小温敏变色材料的腐蚀性，从而提高温敏变色材料的使用安全性。
进一步地，用来调节PH值的物质可以是NaOH、Na2CO3、KOH或K2CO3中的一种或多种组合，用来调节PH值的物质的质量百分数为0～5％。
其中，NaOH、Na2CO3、KOH以及K2CO3均为强碱，用上述强碱中的一种或者多种调节温敏变色材料的PH值，效果会更加明显，且可提高温敏变色材料的制备效率。另外，用来调节PH值的物质的质量百分数可以为0、1％、1.5％、2％、3％、4％、4.5％或5％。用来调节PH值的具体物质以及质量百分数可以在实际应用中适应性调整。
根据本发明的一些实施例，所述温敏变色材料为液态形式灌于透明空腔中后密封或固化成膜后置于透明空腔中使用。由此，可以使温敏变色材料便于使用、储存以及转移。在本发明的一些实施例中，所述温敏变色材料固化的方式可以包括氧化还原固化、热固化及冷却固化。其中，通过适当方法使温敏变色材料由液态变成固态的过程称为固化。通过一定的方式固化后，可以使温敏变色材料易于使用且便于运输。
在本发明的一些实施例中，所述温敏变色材料的引发聚合方式可以为氧化还原固化，其中氧化剂为过氧化酰、过氧化氢、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或几种的混合物，还原剂为乙二胺、吗啉、五元环胺、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵中一种或几种的混合物。通过氧化还原固化后基本完成温敏变色材料的制备。
这里，需要说明的是，引发聚合是液态温敏变色材料的一种固化方式，通过引发聚合可以使得所述温敏变色材料便于使用和储存。
在本发明的一些实施例中，所述温敏变色材料在低于临界温度时为无色透明，在温度高于所述临界温度时为白色，可散射及反射80％的光线和热量，所述临界温度的范围为20℃～70℃可调。由此，使得该温敏变色材料既能降低阳光中透过的热量，又能保持良好的透明性，从而可以在一定程度上扩大所述温敏变色材料的适应范围。
其中，所述临界温度可以为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、55℃、60℃或70℃。
下面详细描述根据本发明的温敏变色材料的几个具体实施例。
实施例一：
a)称取0.5g～0.9g聚氧乙烯-聚氧戊烯-聚氧乙烯嵌段共聚物，0g～5g甲基纤维素，0～0.5g十二烷基硫酸钠一起溶于100ml去离子水中，搅拌均匀，真空除泡后灌入2mm厚的玻璃空腔中后密封。
b)所得的膜在室温时无色透明，25℃～40℃时开始变色，30℃～50℃时完全失透。
这里，需要说明的是，“完全失透”指的是透光率小于5％(下同)。
实施例二：
a)称取2g琼脂，加入100ml水中，120℃加热搅拌至完全溶解；
b)称取0.75g聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物，加入50ml水中，常温搅拌至分散均匀；
c)将步骤b中所得的溶液混入步骤a中所得的琼脂溶液中，120℃搅拌5min后，倒入模具室温下冷却成膜；
d)所得的膜室温下25℃无色透明，30℃时开始变色，35℃时完全失透。
实施例三：
a)称取0.5～1g聚氧乙烯-聚氧丁烯-聚氧乙烯嵌段共聚物，3.5g～15g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸加入100ml水中，搅拌均匀；
b)称取1.2g～5g碳酸钠调节PH值至中性；
c)在步骤b中所得的溶液混入3.5g～15g丙烯酰胺，0.01～0.3g十二烷基硫酸钠，0.03～0.3g N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀；
d)在步骤c所得的溶液中混入0.3g～0.6g亚硫酸氢钠，0.65g～1.3g过硫酸铵，搅拌均匀后真空消泡；
e)将所得溶液倒入密闭容具中固化室温成膜；f)所得的膜30℃～50℃时无色透明，40℃～70℃时完全失透。
根据本发明实施例的温敏变色材料，具有根据温度智能调节光线及热量的特点，该温敏变色材料既能降低阳光中透过的热量，又能保持良好的透明性。当低于临界温度时温敏变色材料为无色，可透过大部分的光线；当温度高于某临界温度时温敏变色材料为白色，可散射及反射80％的光线和热量，且该临界温度从20℃至70℃可调，具有根据环境智能调节光线及热量的特点，适用于各种住宅、写字楼、温室大棚等需要调节温度及光线的场所。另外，根据本发明实施例的温敏变色材料还可以与加热片结合，制成主动式调光膜，用于室内隔断或作为投影硬屏等。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。