專利名稱：包含具有熱感應(yīng)自組裝性質(zhì)的非離子表面活性劑的組合物及其在智能玻璃技術(shù)中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主題大體上涉及具有熱感應(yīng)自組裝性質(zhì)的表面活性劑在改變含有該表面活性劑的組合物的透明度或不透明度中的用途。在這方面，代表性的表面活性劑包括含有聚乙氧基的那些表面活性劑，如三嵌段聚合物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0 或EPE)
γΜ崎
CH3·
或4-辛基酚聚氧乙烯醚(ΤΧ-100 ):
O
背景技術(shù)：
智能窗戶是可以感覺到外部刺激(如光、熱、或電)并對這些刺激產(chǎn)生響應(yīng)的系統(tǒng)。其能控制光的通過，具有可逆控制室內(nèi)光和溫度的優(yōu)點，有望用在下一代家庭或工業(yè)窗戶上。多年以來，已對各種各樣的系統(tǒng)進行了測試。智能液體和水凝膠已帶動新型材料的發(fā)展，這些新型材料已被用在光學(xué)和材料科學(xué)等多種領(lǐng)域中。(見 Y. D. Ling, M. G. Lu, Journal of Polymer Research 2009, 16, 29; G.Mascij C. Camettij Journal of Physical Chemistry B 2009, 113, 11421;J. Zhang,L.Y. Chuj Y. K. Li, Y. M. Lee，Polymer 2007，48，1718; S. F. Yanj J. B. Yin, Y. Yuj K. Luoj X.
S.Chen,Polymer International 2009，58，1246;J.R. Moon, J. H. KimjMacromolecularResearch 2008，16，489;J.P.Chen,T. H. Cheng, Polymer 2009，50，107;D.Chacon,Y.L. Hsieh，M. J. Kurth，J. M. Krochtaj Po lymer 2000，41，8257 ; B. Tasdelen，N.Kayaman-Apohanj0. GuvenjB.M.Baysalj Polymers for Advanced Technologies2004，15，528 ; D. Schmaljohann，D. Beyerlein，M. Nitschke，S. Zschoche，C.Werner,Abstracts of Papers of the American Chemical Society 2003，225，U709;N.MorimotojT. OhkijK. KuritajK. AkiyoshijMacromolecular Rapid Communications2008, 29, 672; Y. Y. Lang, S. M. Li, W. S. Pan, L. Y. Zheng, Journal of Drug Delivery Scienceand Technology 2006，16，65; H. Yang，Y. B. Tan，Y. X. Wang，Soft Matter2009，5，3511)。這些材料通?？梢詣澐譃槿愲娭伦兩牧稀嶂伦兩牧虾凸庵伦兩牧?。例如，電致變色窗戶通常是由液晶夾在兩個涂覆有氧化銦錫(ΙΤ0，一種透明導(dǎo)電材料)的玻璃或塑料面板之間的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。當向ITO施加電壓時，液晶分子的取向改變，從而能夠允許或防止光通過所述窗戶。同樣，熱致變色智能窗戶通常利用二氧化釩(VO2)類的材料，此類材料在臨界溫度Tc下從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俳Y(jié)構(gòu)。該轉(zhuǎn)變伴隨光學(xué)性質(zhì)的突變，從透明轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌该?。目前人們正在考慮將這些熱致變色材料用在熱調(diào)節(jié)智能窗戶、智能屋頂、用在信息和交通工程上的大面積顯示屏以及在醫(yī)學(xué)技術(shù)上的溫度感應(yīng)應(yīng)用中(見A. Seebothj J. Kriwanekj R. Vetter, Journal of Materials Chemistry 1999，9，2277 ; W.Y. Chung, S. M. Lee, S. M. Kooj D. H. Suhj Journal of Applied Polymer Science2004，91，890 ;K. C. Labropoulosj D. E. Nieszj S. C. Danforthj P. G. Kevrekidisj Carbohydr.Polym. 2002，50，393)。所謂智能液體和水凝膠的應(yīng)用是以隨著溫度或電場變化而產(chǎn)生的不透明-透明可逆性質(zhì)為基礎(chǔ)的，利用該性質(zhì)能控制光的通過。在過去的幾十年里，人們已經(jīng)廣泛研究了對外部溫度敏感的可逆熱致變色液體和水凝膠，但是除聚(N-異丙基丙烯酰胺) (PNIPAAm)水凝膠之外的熱致變色水凝膠很少被研究。PNIPAAm水凝膠是已知的對溫度最敏感的聚合物網(wǎng)絡(luò)，基于此衍生出多種水凝膠。(見Y. D. Ling, et al. ;G. Masci, et al. ;J.Zhang, et al. ; S. F. Yan, et al. ; J. R. Moon, et al. ; J. P. Chen, et al. ; D. Chacon, et al.)所有這些水凝膠都具有當溫度或pH改變時體積相轉(zhuǎn)變的性質(zhì)。(見B. Tasdelen, et al. ;D.Schmaljohann, et al. ; N. Morimoto, et al. ; Y. Y. Lang, et al.)最近，Ling 等人手艮道了在 1 水中制備的一種PNIPAAm水凝膠，它能隨著NaCl的濃度增大而發(fā)生透明到不透明的轉(zhuǎn)變。然而，這種在高濃度NaCl中的水凝膠由于其弱的強度和/或其特定的體積相轉(zhuǎn)變而容易破碎。Yang等人研究了一種由葫蘆[6]脲和4-甲基苯磺酸丁基_1_銨組成的熱響應(yīng)超分子水凝膠，它能隨著溫度變化產(chǎn)生凝膠(不透明)_溶液(透明)的轉(zhuǎn)變。Seeboth等人和Chung等人研發(fā)了若干類型的水凝膠，其中染料嵌入在聚乙烯醇/硼砂/表面活性劑凝膠網(wǎng)絡(luò)中，這些水凝膠隨著溫度改變能產(chǎn)生可逆的顏色轉(zhuǎn)變?？傊?，很多目前已知的熱感應(yīng)水凝膠具有很多優(yōu)點，如不需要有機溶劑、不易燃燒、能降解、并且具有高透明度，但材料的高成本限制了它們的實際應(yīng)用，特別是在大面積智能窗戶、屋頂領(lǐng)域中的應(yīng)用。相比之下，本發(fā)明描述的穩(wěn)定、易調(diào)節(jié)、無害、能生物降解的液體和水凝膠可由諸如具有熱感應(yīng)自組裝性質(zhì)的表面活性劑和水凝膠基底(如瓊脂糖)之類的便宜易得的工業(yè)原料制成的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種包括熱感應(yīng)非離子表面活性劑的液體或水凝膠組合物，該組合物以可逆方式對溫度進行響應(yīng)。優(yōu)選的是，通過提高溫度，該組合物能獲得混濁的外觀。混濁出現(xiàn)時的溫度稱為濁點或不透明-透明轉(zhuǎn)化溫度(0TTT)。當溫度降低時，這種現(xiàn)象可逆。在一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種液體或水凝膠組合物，其包含具有熱感應(yīng)自組裝性質(zhì)的表面活性劑；添加劑；液體載體；和任選的水凝膠基材，其中在不透明-透明轉(zhuǎn)變溫度(OTTT)或更高溫度下，所述組合物會變得不透明。在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種液體或水凝膠組合物，其中所述具有熱感應(yīng)自組裝性質(zhì)的表面活性劑為含有聚乙氧基的非離子表面活性劑。在又另一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種液體或水凝膠組合物，其中所述非離子表面活性劑選自由聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯、4-辛基酚聚氧乙烯醚以及他們的混合物所組成的組。在還另一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種液體或水凝膠組合物，其中所述添加劑選自由氯化鈉(NaCl)、十二烷基硫酸鈉、硫酸鈉(Na2S04)、硫酸鎂(MgS04)、氯化鎂(MgCl2)、硫酸鈣(CaS04)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鐵(FeCl3)、聚丙烯酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇及其混合物所組成的組。在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種液體或水凝膠組合物，其中當所述表面活性劑是EPE時，添加劑為NaCl、十二烷基硫酸鈉或它們的混合物。在又一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種液體或水凝膠組合物，其中當所述表面活性劑是TX-100時，添加劑是硫酸鈉。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種液體或水凝膠組合物，其中所述液體載體是水。在還另一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種液體或水凝膠組合物，其中所述組合物為液體的形式。在又另一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種液體或水凝膠組合物，其中所述組合物為水凝膠的形式。在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種液體或水凝膠組合物，其中所述組合物包含水凝膠基材。在還另一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種液體或水凝膠組合物，其中所述水凝膠基材選自由多糖、多肽、丙烯酸衍生物以及它們的混合物所組成的組。丙烯酸衍生物包括聚丙烯酸及其衍生物、聚甲基丙烯酸及其衍生物、聚丙烯酰胺及其衍生物、以及含有丙烯酸和/或甲基丙烯酸單體的聚合物。在又一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種液體或水凝膠組合物，其中所述水凝膠基材是瓊脂糖。在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及一種裝置，包括至少兩個透明面板，該面板被布置為中間形成有空隙；所述液體或水凝膠組合物設(shè)置在所述至少兩個面板之間的空隙中；其中在不透明-透明轉(zhuǎn)變溫度(OTTT)或更高溫度下，所述組合物會變得不透明。在還另一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種裝置，其中所述透明面板選自由玻璃、聚合物膜以及氧化銦錫(ITO)玻璃面板所組成的組。在又另一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種裝置，其中所述面板具有嵌入其中的銅線。在又一個實施方案中，本發(fā)明涉及這樣一種裝置，其中施加電場以加熱所述銅線，繼而加熱所述空隙之間的液體或水凝膠組合物。在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及一種控制窗戶、墻壁或屋頂?shù)耐该鞫鹊姆椒?，包括制備含有液體或水凝膠組合物的裝置，并通過控制所述組合物中所含添加劑的量來調(diào)節(jié)所述液體或水凝膠組合物變?yōu)椴煌该鲿r的溫度。


下面將參照附圖對各種實施方案進行詳細說明。
圖I (a)示出未加熱情況下分散在水中的EPE分子；(b)示出溫度升高導(dǎo)致膠束的生成；并且(C)示出溫度進一步升高導(dǎo)致膠束聚集從而形成團簇。圖2 (a)和(b)為證明粒子大小與光透射的關(guān)系的示意圖；(c)_ (f)為在不同溫度下檢測到的熒光點。圖3 (a)為示出在600nm下測定的SDS濃度對EPE水溶液透光率影響的曲線圖，并且(b)為示出SDS濃度對半透明溫度的影響的曲線圖。圖4 (a)為示出對未添加SDS的lw/V/oEPE水溶液在400nm到800nm波長范圍內(nèi)測得的透明度的曲線圖，(b)為對添加有O. 5w/v%SDS的lw/V/oEPE水溶液在400nm到800nm波長范圍內(nèi)測得的透明度的曲線圖；(c)_ (e)分別示出通過將EPE液體夾在兩塊ITO涂覆的玻璃面板之間而制作的智能窗戶，其中圖(c)在室溫下工作，圖(d)通過施加電壓而在43°C下工作，圖(e)在45°C下工作。圖5是熱感水凝膠的可能形成機理。(a)含有瓊脂糖、表面活性劑和羅丹明B的初始水凝膠的制備工藝，(b) 25°C下的含羅丹明B的水凝膠，(c) 55°C下的含羅丹明B的水凝膠，Cd)在25°C下檢測的熒光點，Ce)在55°C下檢測的熒光點。圖6為示出在200nm-1IOOnm范圍內(nèi)對如下水凝膠測得的透明度曲線圖(a) Iw/v%EPE>0. 5w/v% 瓊脂糖水凝膠，(b) lw/v%EPE>0. 6w/v%SDS>0. 5w/v% 瓊脂糖水凝膠，(c) 2w/ν%ΤΧ-100、0· 5w/v% 瓊脂糖水凝膠，(d) 2%ΤΧ-100、0· 2Μ Na2S04、0. 5w/v% 瓊脂糖水凝膠。插圖中為不同溫度下的處于玻璃管中的水凝膠照片。
圖7為示出在350nm、700nm和IlOOnm的不同波長下測定的(a) SDS濃度對EPE水凝膠透光率的影響曲線圖，以及(b) Na2SO4 (SS)濃度對TX-100水凝膠透光率的影響曲線圖。圖8為示出在350nm、700nm和IlOOnm下測定的添加劑(SDS、Na2SO4)濃度對水凝膠的不透明溫度的影響的曲線圖。圖9為示出水凝膠的熱傳導(dǎo)的曲線圖，Ca)為在不同加熱時間下的溫度隨距離變化的曲線圖，(b)為在不同位置處的溫度隨加熱時間變化的曲線圖。圖10示出不同溫度下的智能水凝膠膜，水凝膠膜處于(a)25°C，(b)52°C，(c)55°C的水中；水凝膠膜處于(d) 25°C, Ce) 52°C, (f) 55°C的空氣中；水凝膠膜處于(g) 25°C (插圖示出一片水凝膠膜，其OTTT為41 °C )，( h ) 39 °C，( i ) 41 °C的溫室模型中。
具體實施例方式提供下述定義是為了理解本發(fā)明并且用于解釋所附的權(quán)利要求書。應(yīng)當注意的是，本說明書和所附權(quán)利要求書中，單數(shù)形式“一種”、“該”、“所述”包括所指對象多于一個的情況，除非所述內(nèi)容明確表示為其它含義?！安煌该?透明轉(zhuǎn)變溫度”是指透明組合物變得混濁或不透明時的溫度?！皾狳c”是指所溶解的固體不再全部溶解時的溫度，其作為第二相沉淀使得流體呈現(xiàn)混濁外觀。“會溶溫度”是指在該溫度下對所有組成而言熱運動克服相分離的傾向?！碍傊恰笔怯森傊堑闹貜?fù)糖單元構(gòu)成的線性聚合物
權(quán)利要求
1.一種液體或水凝膠組合物，包含 a.具有熱感應(yīng)自組裝性質(zhì)的表面活性劑； b.添加劑； c.液體載體；以及 d.可任選的水凝膠基材， 其中在不透明-透明轉(zhuǎn)變溫度(OTTT)或更高溫度下，所述組合物會變得不透明。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述具有熱感應(yīng)自組裝性質(zhì)的表面活性劑是含有聚乙氧基的非離子表面活性劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物，其中所述非離子表面活性劑選自由聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯、4-辛基酚聚氧乙烯醚及其混合物組成的組。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述添加劑選擇由氯化鈉、十二烷基硫酸鈉、硫酸鈉、硫酸鎂、氯化鎂、硫酸鈣、氯化鈣、氯化鐵、聚丙烯酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、以及它們的混合物組成的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合物，其中當所述表面活性劑為EPE時，所述添加劑為氯化納、十~■燒基硫酸納或其混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合物，其中當所述表面活性劑為TX-100時，所述添加劑為硫酸鈉。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述液體載體為水。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述組合物為液體形式。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述組合物為水凝膠形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組合物，其中所述組合物包含水凝膠基材。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組合物，其中所述水凝膠基材選自由多糖、多肽、丙烯酸衍生物及其混合物組成的組。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的組合物，其中所述水凝膠基材為瓊脂糖。
13.一種裝置，包括 a.至少兩片透明的面板，其被設(shè)置為在所述面板之間形成空隙；以及 b.權(quán)利要求I所述的液體或水凝膠組合物，其被設(shè)置在所述至少兩片面板之間的空隙中； 其中在不透明-透明轉(zhuǎn)變溫度(OTTT)或更高溫度下，所述組合物會變得不透明。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述透明面板選自由玻璃、聚合物膜以及氧化銦錫(ITO)玻璃面板組成的組。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述面板具有嵌入其中的銅線。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中施加電場以加熱所述銅線，繼而加熱容納在所述空隙中的所述液體或水凝膠組合物。
17.—種控制窗戶、墻壁或屋頂?shù)耐该鞫鹊姆椒?，包括制備根?jù)權(quán)利要求13所述的裝置，并通過控制所述組合物中所含的添加劑的量來調(diào)節(jié)所述液體或水凝膠組合物變?yōu)椴煌该鲿r的溫度。
全文摘要
本發(fā)明大體上涉及具有熱感應(yīng)自組裝性質(zhì)的表面活性劑在改變含有該表面活性劑的組合物的透明度或不透明度方面的應(yīng)用，其中所述表面活性劑為諸如聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯或4-辛基酚聚氧乙烯醚之類的表面活性劑。本發(fā)明的組合物可用于智能窗戶技術(shù)中。
文檔編號B32B17/06GK102892834SQ201080054658
公開日2013年1月23日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者溫維佳, 沈平, 李家星, 龔秀清 申請人:香港科技大學(xué)