[发明专利]一种水凝胶复合热致变色材料制备方法及应用

说明书

本发明涉及响应型聚合物技术领域，具体涉及一种水凝胶复合热致变色材料制备方法及应用；以N‑异丙基丙烯酰胺单体、丙烯酰胺和十二烷基硫酸钠为原料；通过形成互穿网络交联聚合形成高分子共混水凝胶；制备出十二烷基硫酸钠/聚N‑异丙基丙烯酰/聚丙烯酰胺水凝胶复合热致变色材料。热致变色材料的热致变色性能均衡、优异；在低温和高温对光线的调制展现出了良好的效果。可以广泛应用于建筑玻璃，汽车窗户等采光系统。

技术领域

本发明涉及响应型聚合物技术领域，具体涉及一种水凝胶复合热致变色材料制备方法及应用。

背景技术

采暖、通风和制冷是建筑能耗的主要组成部分，占建筑总能耗的约50％。在保持建筑舒适度的同时，减少这些能源消耗是可持续发展的一个重大挑战。在所有的建筑构件中，窗户被认为是最不节能的部分之一，因为总有热量在通过窗户传递。

近年来，智能窗户因其对建筑节能的潜在重要贡献而受到了相当大的关注。智能窗户可以以一种“智能”的方式调节室内的太阳辐射，即动态和可逆地调节紫外线、可见光和红外太阳辐射的透射率。智能窗户的发展主要分为电、热和光受激光响应变化三大类，其中，基于热响应材料的智能窗户具有独特的特点，具有很强的竞争力：1)成本低，配置简单，制造和维护成本低，特别是与由电解液组成的电致变色智能窗户相比，电极需要额外的电力系统等特点；2)无源性，其对温度的自动响应降低了对开关系统的需求，例如需要外部能量和人工操作的电气控制；3)合理的刺激响应，光致变色材料是由室内温度调节，而不是由光触发。

常规的热致变色材料的热致变色原理，通常是基于最低临界相变温度(LCST)或最高临界相变温度(UCST)的相变。这些材料只关注高温热致变色以降低热量向建筑内传递，或者低温下智能窗户不透明以保护住户的隐私。但是，单一功能的热致变色材料无法满足住户的多样需求，同时会增加工程的复杂性。显而易见的，制备具备以上两种特性的热致变色材料可以降低在窗户安装时的复杂性，并且可以满足住户的不同需求。因此，用于智能窗户的常规热致变色材料功能性还不完善，效果还未达到最佳。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供十二烷基硫酸钠(SDS)、聚N-异丙基丙烯酰(PNIPAM)和聚丙烯酰胺(PAM)复合制备的热致变色材料，该热致变色材料原料易得，反应条件温和，制备工艺简单。既可以实现高温变色隔热，也可以实现低温变色保护住户隐私，同时具有温度响应灵敏，太阳光透过率调节能力强、常温下透过率高等优点，可作为制造智能窗户的智能响应材料。

为了实现上述目标，本发明提供一种水凝胶复合热致变色材料的制备方法，包含以下步骤：

1)将N-异丙基丙烯酰胺单体、十二烷基硫酸钠、丙烯酰胺单体、引发剂、和作为交联剂的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加入到氯化物溶液中；

2)将步骤1)所得混合物超声使溶质完全溶解得到透明的溶液，并静置一段时间以冷却溶液；

3)向步骤2)得到的溶液加入作为催化剂的N,N,N',N'-四甲基乙二胺，搅拌均匀；

4)将步骤3)所得溶液快速滴入玻璃模具中，在一定温度的水浴中反应一段时间，得到十二烷基硫酸钠/聚N-异丙基丙烯酰/聚丙烯酰胺水凝胶复合热致变色材料。

作为本发明的优选方案，步骤1)所得混合物中所述N-异丙基丙烯酰胺单体的浓度为9.8wt％～11.4wt％，十二烷基硫酸钠浓度为4wt％～8wt％，丙烯酰胺单体浓度为2wt％～4wt％，引发剂浓度为0.7wt％～0.9wt％，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺浓度为0.12wt％～0.16wt％；氯化物溶液浓度为0.8mol/L～1mol/L。

作为本发明的优选方案，步骤1)所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾中的一种。步骤1)所述氯化物为氯化钠、氯化钾或氯化锂中的一种。

作为本发明的优选方案，步骤2)所述超声时间为5～10min。步骤4)所述水浴温度为25～30℃，反应时间为15～30min。