一种温敏纤维素智能窗制造技术

本发明专利技术公开一种温敏纤维素智能窗，其制备具体过程如下：取一定质量的温敏纤维素溶于去离子水中，缓慢搅拌至完全溶解，溶液呈透明态；将聚丙烯酸和/或聚丙烯酸盐加入上述纤维素溶液中，制备温敏纤维素/聚丙烯酸和/或聚丙烯酸盐混合溶胶，接着向混合溶胶中加入酸或碱调节溶液的pH值以调控最低临界温度至室温附近，最后将混合溶胶注入两片玻璃或柔性高分子薄膜中间，密封制得三明治结构的温敏纤维素智能窗。窗。窗。

【技术实现步骤摘要】
一种温敏纤维素智能窗


[0001]本专利技术涉及热致变色智能窗领域，特别是涉及一种温敏纤维素智能窗。

技术介绍

[0002]纤维素是一种天然高分子，属于可再生资源，无毒且具有生物降解性。近些年来由于各国对环境友好、无毒害和可再生材料的需求，纤维素已经在各个领域广泛应用，如医药领域、光热器件和食品加工。温敏纤维素是具有两亲性基团的水溶性纤维素醚，主要经天然纤维素化学改性而来，其主要代表为羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素。当环境温度低于最低临界温度时，温敏纤维素的亲水基团会与水分子形成大量氢键，分子链舒展，溶液表现为透明态；当环境温度大于最低临界温度时，纤维素分子链疏水基团的疏水作用增强并且能打破与水分子间的氢键，进而引发分子链蜷曲、塌缩成小球，并出现高分子相和水相的分离，此时溶液呈现不透明态。温敏纤维素在相变前后可以对太阳光的透过率进行调控，这种热致变色性质使其可应用于热致变色智能窗。但是由于热致变色智能窗最理想的相变温度为室温附近，而温敏纤维素的相变温度高于室温，如羟丙基纤维素的相变温度为42℃，羟丙基甲基纤维素的相变温度为60℃，因此要想使其应用于热致变色智能窗，调节相变温度尤为关键。
[0003]文献(RSCAv.,2016,6,61449；Nanomaterials 2019,9,970)曾报道，通过金属离子盐效应或化学接枝改性的方法，可大幅度降低温敏纤维素的最低临界温度。然而，伴随着温度的降低，盐析问题无法回避；化学改性虽然可获得稳定的温敏纤维素，但是其调控手段复杂且充满不确定性。因此，采用一种温和的调控手段来有效降低温敏纤维素的最低临界温度至室温附近，同时不影响材料的稳定性并且拓展其智能窗应用具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种温敏纤维素智能窗。基本原理是向温敏纤维素溶液中加入聚丙烯酸或聚丙烯酸盐，通过盐酸或氢氧化钠溶液来调节体系的pH值，抑制聚丙烯酸或聚丙烯酸盐的羧基脱质子化，形成含有大量分子间氢键聚合物。这种聚合物具有可调的最低临界温度，而且该方法只需将温敏纤维素和聚丙烯酸或聚丙烯酸盐简单共混，无需复杂的交联聚合反应。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案:
[0006]一种温敏纤维素智能窗的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将温敏纤维素溶液与聚丙烯酸和/或聚丙烯酸盐混合并调节pH至0.1
‑
10，以调控最低临界温度值在0
‑
50℃之间，得到混合溶胶，将混合溶胶注入两片玻璃或柔性高分子薄膜中间，密封，即得温敏纤维素智能窗。
[0008]优选的，所述温敏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中的一种或多种。
[0009]优选的，所述温敏纤维素溶液由温敏纤维素加入去离子水中，缓慢搅拌至温敏纤
维素完全溶解配制而成，溶液呈透明态。
[0010]优选的，所述温敏纤维素分子量为80
‑
120K。
[0011]更优选的，所述温敏纤维素分子量为80K，86K，90K，100K和120K。
[0012]优选的，所述温敏纤维素质量浓度为0.1
‑
5％。
[0013]更优选的，所述温敏纤维素质量浓度为0.5％。
[0014]优选的，所述聚丙烯酸盐包括聚丙烯酸钾和聚丙烯酸钠中的一种或两种。
[0015]优选的，所述聚丙烯酸或聚丙烯酸盐分子量为1
‑
100K。
[0016]更优选的，所述聚丙烯酸或聚丙烯酸盐分子量为3000。
[0017]更优选的，所述聚丙烯酸或聚丙烯酸盐质量浓度为0.5％。
[0018]优选的，所述调节pH所用的酸为盐酸、醋酸、硫酸、硝酸和磷酸中的一种或多种；所述调节pH所用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸氢钠、磷酸氢钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢钾中的一种或多种。
[0019]优选的，所述pH调节至1
‑
3以调控最低临界温度值在10
‑
38℃之间。
[0020]优选的，所述温敏纤维素与聚丙烯酸或聚丙烯酸盐质量比为(0.5
‑
2):1。
[0021]更优选的，所述温敏纤维素与聚丙烯酸或聚丙烯酸盐质量比为1:1。
[0022]本专利技术还提供一种根据上述制备方法制备的温敏纤维素智能窗。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术起关键作用的热致变色材料是通过直接将温敏纤维素和聚丙烯酸或聚丙烯酸盐简单混合即可制备完成，不需要复杂的聚合反应，不涉及其它反应溶剂、化学原料和复杂的化工反应容器，混合过程简单迅速。
[0025]通过此种方法制备的热致变色智能窗，温敏纤维素/聚丙烯酸或聚丙烯酸盐复合体的相变温度调控手段温和，可以采用调节体系pH值的方式精准调控。
[0026]通过此种方法制备的热致变色智能窗，温敏纤维素/聚丙烯酸或聚丙烯酸盐复合体的pH值直接通过加入酸、碱调控，避免了传统缓冲盐溶液调制所带来的盐析弊端。
[0027]本专利技术严格控制温敏纤维素与聚丙烯酸和/或聚丙烯酸盐的分子量，避免分子量过大而增大溶解难度，引发气泡的产生，降低可见光透过率，反之避免分子量过低，进而影响智能窗的太阳能调控效率。同时，严格控制温敏纤维素与聚丙烯酸和/或聚丙烯酸盐的用量比，实现对温敏纤维素相变温度的有效调控。
[0028]本专利技术严格控制温敏纤维素的浓度，避免发生浓度过高，粘度过大，凝胶过于迅速失去流动性而无法灌注的现象。
附图说明
[0029]图1为实施例1制备的温敏纤维素智能窗在20℃和40℃条件下的可见光透过效果图；
[0030]图2为实施例1制备的温敏纤维素智能窗的最低临界温度与pH的关系图；
[0031]图3为实施例1制备的温敏纤维素智能窗节能模拟测试图；
[0032]图4为实施例1制备的温敏纤维素智能窗循环稳定性测试图；
[0033]图5为实施例2制备的羟丙基甲基纤维素/聚丙烯酸钠在300
‑
2600nm波段光谱图；
[0034]图6为实施例3制备的羟丙基甲基纤维素/聚丙烯酸钾在300
‑
2600nm波段光谱图。
具体实施方式
[0035]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0036]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0037]除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温敏纤维素智能窗的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将温敏纤维素溶液与聚丙烯酸和/或聚丙烯酸盐混合并调节pH至0.1
‑
10，得到混合溶胶，将混合溶胶注入两片玻璃或柔性高分子薄膜中间，密封，即得温敏纤维素智能窗。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述温敏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中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述温敏纤维素分子量为80
‑
120K。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述温敏纤维素质量浓度为0.1
‑
5％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酸盐包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张良苗，夏辉，杜逸，段玉娟，高彦峰，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：