温敏性聚合物二氧化钒复合微凝胶的制备及其智能窗应用

温敏性聚合物/二氧化钒复合微凝胶的制备及其智能窗应用

致变色材料能够在环境刺激下改变透光率及颜色,从而调控太阳光透过率,

是理想的智能窗材料,受到学术界和节能建筑业的广泛重视。本文将传统的无机

变色材料二氧化钒(VO2)与有机温敏性材料聚N-异丙基丙烯酰胺复合,研究了其

作为新型智能窗材料的应用性能;此外,通过改性制备了pH/温度双敏感淀粉,研

究了其溶液性质,为开发绿色和廉价的智能窗材料奠定了基础。

具体工作如下:(1)采用非传统Stober法成功制备以VO2为核的核壳结构

VO2@SiO2纳米颗粒,通过FTIR,XRD,HRTEM对其结构进行了分析;利用差热分析仪

在氧气氛围不同加热速率下研究发现,VO2@SiO2具有良好的抗氧化性,能在

VO2@SiO2在后续的水凝胶体系里稳定存在。同时采用硅烷偶联剂KH570(MPS)对

纳米颗粒,通过FTIR、接触角等方法

VO2@SiO2进行表面改性,制得VO2@SiO2@MPS

证明表面改性成功。

(2)通过悬浮聚合,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,N-异丙基丙烯酰

胺(NIPAm)为单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺含量(bis)为交联剂,成功制备了粒径

为200 nm左右分布均匀的PNIPAm微凝胶小球,其最低临界溶解温度(LCST)为32℃。当NIPAm含量为 2.5wt%,bis含量为1wt%时,探讨了PVP含量对PNIPAm微

凝胶用作智能窗材料时对太阳光调光率的影响。

利用动态光散射(DLS)和紫外可见红外光谱仪,对凝胶的粒径、相变速率、不

同温度下太阳能调光率效率、高低温循环性能进行了系统研究。当PVP含量为1

g/L时,其平均可视透过率可达34.33%,太阳能调光率为64.99%。

然后将VO2@SiO2分散在PVP溶液中,通过悬浮聚合制备了VO2@SiO2@PNIPAm 复合凝胶,得到平均直径为200 nm的复合微凝胶。通过对其太阳能调光率效率、

高低温循环性能及凝胶相变速率的研究,发现VO2@SiO2的引入可增加5%太阳能调光效率。

(3)通过三嗪环与二甲胺的二取代反应,成功制备了用于与淀粉发生醚化反

应的pH敏感小分子,利用FTIR,1H NMR,13C NMR,和质谱证实了其结构。将丁基缩水甘油醚与可溶性淀粉发生接枝反应,成功制得了温度响应性淀粉,通过1H NMR对其结构和取代度进行了表征。

将制得的温度响应性淀粉与前述pH敏感小分子反应,制得pH/温度双敏感淀粉,并对溶液性质进行了系统研究,为其在智能窗等领域的后续应用奠定了基础。