热致变色材料的制作方法

1.本发明涉及建筑用材料技术领域，特别涉及一种热致变色材料。


背景技术：

2.随着时代的发展，人们对能源的需求越来越大，节约能源成了时代发展的主题，因此如何合理利用能源和降低能耗一直是人们需要考虑的主要问题。
3.目前，在工业和建筑方面，鼓励工业企业消除过剩产能，降低单位产量耗能，优化工业结构，逐步淘汰燃煤和燃气供暖，发展全面电气化的解决方案；全面利用节能环保建材替代传统建材；降低建筑内耗。
4.对于建筑而言，门窗具有采光、通风和围护的作用，还在建筑艺术处理上起着很重要的作用，然而门窗又是最容易造成能量损失的部位。为了增大采光通风面积或表现现代建筑的性格特征，建筑物的门窗面积越来越大，更有全玻璃的幕墙建筑，这就对节能提出了更高的要求。
5.然而，现有门窗的节能处理方式主要包括改善材料的保温隔热性能，或是改善门窗的密闭性能。比如改善玻璃的保温隔热性能，一般需要可见光进入室内，又能将室内物体所辐射的长波保留在室内，从而大大提高能量的利用率。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明旨在提出一种热致变色材料，以可应用于建筑物门窗且具有较好的节能效果。
7.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
8.一种热致变色材料，所述热致变色材料的原料按重量分数计包括：高分子基材：100份；热致变色粉末：8
‑
12份；增塑剂：0
‑
25份。
9.进一步的，所述高分子基材包括pvb、pc、pmma、pa、pur、pet、pbt、 pvc、pe、poe、eva、pp、pva、ps和pla中的至少一种。
10.进一步的，所述热致变色粉末包括丙烯酸树脂类热致变色粉末、乙烯基类热致变色粉末、胺类热致变色粉末和直链醇类热致变色粉末中的至少一种。
11.进一步的，所述增塑剂包括邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异辛酯、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯、环氧大豆油、环氧油酸丁酯、聚己二酸丙二醇酯，偏苯三酸三异壬酯，氯化石蜡和五氯硬脂酸甲酯中的至少一种。
12.进一步的，所述热致变色材料的原料按重量分数计包括不超过10份的辅料，且所述辅料包括增韧剂、增强剂、相容剂、光稳定剂、热稳定剂和抗氧剂中的至少一种。
13.进一步的，所述增韧剂包括氯化聚乙烯、mbs树脂、acr树脂、eva和 epdm中的至少一种。
14.进一步的，所述增强剂包括芳纶纤维、聚丙烯酰胺和玻璃纤维中的至少一种。
15.进一步的，所述相容剂包括氯化聚乙烯。
16.进一步的，所述光稳定剂包括光稳定剂uv
‑
3346和/或光稳定剂292。
17.进一步的，所述抗氧剂包括抗氧剂264。
18.相对于现有技术，本发明具有以下优势：
19.本发明所述的热致变色材料，通过将热致变色粉末与高分子基材混合，制备出的材料的颜色可以随温度变换而变换，从而改善材料的透光性能，其应用于建筑物上，可因变色而起到较好的节能保温效果。
20.本发明中，高分子基材指相对分子质量比较高的化合物，增塑剂是一种高分子材料助剂，在塑料加工中添加这种物质，可以使其柔韧性增强，容易加工。
21.增韧剂增韧剂，是指能增加胶黏剂膜层柔韧性的物质。增韧剂一般都含有活性基团，能与树脂发生化学反应，固化后不完全相容，有时还要分相，会获得较理想的增韧效果，使热变形温度不变或下降甚微，而抗冲击性能又明显改善。
22.增强剂是指用于提高各种聚合物抗拉强度的一种化工助剂，其通过特殊的化学增聚和物理作用，在少量使用的条件下，能够有效增加各种塑料，包括pp， pe，pa塑料以及相应的改性塑料和再生塑料的拉伸强度，硬度和其他机械力学性能，并适当降低成型收缩率。
23.相容剂是指借助于分子间的键合力，促使不相容的两种聚合物结合在一体，进而得到稳定的共混物的助剂。在不相容的高分子体系中添加相容剂，并在一定温度下经混合混炼后，相容剂将被局限在两种高分子之间的界面上，起到降低界面张力、增加界面层厚度、降低分散粒子尺寸的作用，使体系最终形成具有宏观均匀微观相分离特征的热力学稳定的相态结构。
24.光稳定剂是指能屏障或抑制光氧化还原或光老化过程的物质。光稳定剂的作用机理因自身结构和品种的不同而有所不同。有的可以屏蔽、反射紫外线或吸收紫外线并将其转化为无害的热能；有的可猝灭被紫外线激发的分子或基团的激发态，使其回复到基态，排除或减缓发生光氧化还原反应的可能性；有的因捕获因光氧化还原产生的自由基，从而阻止导致制品老化的自由基反应，使制品免遭紫外线破坏。
25.热稳定剂是塑料加工常用的助剂之一，其可用于防止或延缓像pvc类的聚合材料的热老化，要么消除高分子材料中热降解的引发源，如pvc中烯丙基氯结构和不饱和键；要么消除所有对非链断裂热降解反应具有催化作用的物质，如由pvc上解脱下来的氯化氢等，以阻止或延缓此类聚合材料的热降解。
26.抗氧剂主要用于延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，从而阻止聚合物的老化，并延长其使用寿命。
附图说明
27.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
28.图1为本发明制备例1.1的热致变色材料透光率的测试结果；
29.图2为本发明制备例2.1的热致变色材料透光率的测试结果；
30.图3为本发明制备例3.1的热致变色材料透光率的测试结果；
31.图4为本发明制备例3.1的热致变色材料常温状态下的透光效果；
32.图5为本发明制备例3.1的热致变色材料于温度为35℃时的透光效果。
具体实施方式
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
35.本实施例涉及一种热致变色材料，其原料选用至少一种高分子基材，至少一种增塑剂以及热致变色粉末，而后利用流延、压延、注射、挤出成型等工艺制备，以使制备的材料可因温度变化而改变颜色，进而改变制备的材料的节能保温效果。
36.具体来讲，高分子基材包括聚乙烯醇缩丁醛酯(pvb)、聚碳酸酯(pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚酰胺(pa)、聚氨酯(pur)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚氯乙烯(pvc)、聚乙烯 (pe)、聚乙烯辛烯共弹性体(poe)、乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物(eva)、聚丙烯(pp)、聚乙烯醇树脂(pva)、聚苯乙烯(ps)和聚乳酸(pla)中的至少一种。优选的，高分子基材采用pvb、pmma、pc和eva中的任一种。
37.作为优选的可行的实施方案，本实施例中，热致变色粉末包括丙烯酸树脂类热致变色粉末、乙烯基类热致变色粉末、胺类热致变色粉末和直链醇类热致变色粉末中的至少一种。
38.本实施例中的热致变色粉末采用有机单体和引发剂、并通过乳液共聚合方法进行制备。具体来讲，按重量分数计，有机单体与引发剂的比例为10：1，且有机单体为丙烯酸酯、乙烯基有机物、胺类有机物和直链醇类中的一种或几种的混合物，引发剂可采用有机过氧化物引发剂、无机过氧化物引发剂、偶氮类引发剂、氧化还原引发剂中的一种或者几种的混合物。
39.为了使热致变色粉末更好的融入高分子基材中，作为一种优选的可行的实施方案，针对于不同的高分子基材，选用不同的热致变色粉末。
40.具体到本实施例中，高分子基材为pvb、pc、pmma、pet和pbt中的至少一种时，热致变色粉末为丙烯酸树脂类致变色粉末；高分子基材为pvc、 pe、poe、eva、pp和ps中的至少一种时，热致变色粉末为乙烯基类热致变色粉末；高分子基材为pa和pur中的至少一种时，热致变色粉末为胺类热致变色粉末；高分子基材为pva和pla中的至少一种时，热致变色粉末为直链醇类热致变色粉末。
41.此外，在制备本实施例的热致变色材料时，针对不同的高分子基材，其成型工艺遵照《高分子材料成型工艺》(甘争艳，陈晓峰主编，出版时间为2012 年03月)进行。
42.另外，本实施例中，增塑剂包括邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异辛酯、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯、环氧大豆油、环氧油酸丁酯、聚己二酸丙二醇酯，偏苯三酸三异壬酯，氯化石蜡和五氯硬脂酸甲酯中的至少一种。
43.基于改变材料的依据温度实现变色性能的基础上，本实施例中，除了以上原料外，还可包括增韧剂、增强剂、相容剂、光稳定剂、热稳定剂和抗氧剂中至少一种辅料，以进一步改善制备的热致变色材料的性能。
44.其中，增韧剂包括氯化聚乙烯、mbs树脂、acr树脂、乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物(eva)和
三元乙丙橡胶(epdm)中的至少一种；增强剂包括芳纶纤维、聚丙烯酰胺和玻璃纤维中的至少一种；相容剂包括氯化聚乙烯；光稳定剂包括光稳定剂uv
‑
3346和/或光稳定剂292；抗氧剂包括抗氧剂264。在此需要说明的是，加入抗氧剂和光稳定剂，可以更好的提高高分子基材的耐候性。
45.最后需要说明的是，为了保证热致变色材料的性能，热致变色材料的原料按重量分数计包括100份的高分子基材，8
‑
12份的热致变色粉末，以及10
‑
30 份的增塑剂，除此之外，还可包括不超过10份的辅料。
46.为了便于较好的理解本实施例的热致变色材料及性能，以下将结合几个具体实施例来对本实施例的热致变色材料进行说明。
47.制备实例一
48.按表1中各制备例准备原料。
49.先将热致变色粉末加入到邻苯二甲酸二丁酯和聚己二酸丙二醇酯的混合物中，三者比例为1：1：1，混合搅拌30min，转速500rpm，混合均匀待用。
50.称量好氯化聚乙烯，琥珀酸钡、抗氧剂264和pvc，与如上步骤中配制的混合物混合在一起，混合时间60min，速度800rpm，各制备例物料比例分别如表1所示：
51.表1：pvc热致变色材料
[0052][0053]
将混合好的物料经双螺杆挤出机加热塑化，控制双螺杆挤出机温度为 140℃，机头温度为200℃，螺杆转速为240r/min，熔体压力为15mpa，熔融挤出，将所挤出物料导入模具中，冷却成型即可得到pvc热致变色板。
[0054]
对制备例1.1
‑
1.5进行透光率测试，其中制备例1.1的测试结果如图1所示。
[0055]
结果表明，制备例1.4中，由于加入热致变色粉末较少，雾化效果较差。
[0056]
制备例1.5中，由于加入热致变色粉末较多，常温下透光率较低。
[0057]
制备实例二
[0058]
按表2中各制备例准备原料。
[0059]
将热致变色粉末、pp、poe、光稳定剂、抗氧剂、润滑剂按表2中比例称量好，混合搅拌30min，转速500rpm，混合均匀待用。
[0060]
表2：pp热致变色材料
[0061][0062]
将混合好的物料经双螺杆挤出机加热塑化，控制双螺杆挤出机温度为 175℃，机头温度为170℃，螺杆转速为200r/min，熔体压力为10mpa，熔融挤出，将所挤出物料通过空气冷却后剪切造粒。控制单螺杆挤出机料筒温度为 165℃，机头温度为175℃，螺杆转速为35r/min，将所造混合料通过单螺杆挤出机挤出注塑成型，即可得到pp热致变色板材。
[0063]
对制备例2.1
‑
2.5进行透光率测试，其中制备例2.1的测试结果如图2所示。
[0064]
结果表明，制备例2.4中，由于加入热致变色粉末较少，雾化效果较差。
[0065]
制备例2.5中，由于加入热致变色粉末较多，常温下透光率较低。
[0066]
制备实例三
[0067]
按表3中各制备例准备原料。
[0068]
将热致变色粉末加入到邻苯二甲酸二丁酯和己二酸二辛酯的混合物中，比例为1：1.2：1.2，混合搅拌30min，转速500rpm，混合均匀待用。
[0069]
称量好光稳定剂292、抗氧剂264和pvb，与如上制备步骤中所配制的混合物混合在一起，混合时间60min，速度800rpm，各制备例物料比例分别如表 3所示：
[0070]
表3：pvb热致变色材料
[0071][0072][0073]
将混合好的物料经双螺杆挤出机加热塑化，控制双螺杆挤出机料筒温度为 170℃，机头温度为：180℃，螺杆转速为240r/min，熔融挤出，将所挤出物料导入辊上冷却，辊速0.3r/min，收卷即可得pvb热致变色膜材。
[0074]
对制备例3.1
‑
3.5进行透光率测试，其中制备例3.1的测试结果如图3所示。
[0075]
结果表明，制备例3.4中，由于加入热致变色粉末较少，雾化效果较差。
[0076]
制备例3.5中，由于加入热致变色粉末较多，常温下透光率较低。
[0077]
如图4所示的，其为制备例3.1的热致变色材料于常温状态下的透光效果，该热致变色材料呈透明状态，如图5所示的，其为制备例3.1的热致变色材料于温度为35℃时的透
光效果，该热致变色材料呈雾化状态。
[0078]
本实施例的热致变色材料，通过将热致变色粉末与高分子基材按合适的配比混合，制备出的材料的颜色可以随温度变换而变换，从而改善材料的透光性能，其应用于建筑物上，可因变色而起到较好的节能保温效果。
[0079]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。