阅读说明：本技术 一种光致变色板材及其制作工艺 (Photochromic plate and manufacturing process thereof ) 是由 姜吉旺 郑寿平 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种板材制作工艺技术领域,更具体地说它涉及一种光致变色板材及其制作工艺；由以下重量配比的原料制成：TPU30-45份、触变剂3-5份和光致变色有机聚合物涂料70-90份；本发明中的光致变色有机聚合物涂料中的光致变色材料由有机光致变色材料和无机光致变色材料复配而成,其中无机光致变色材料的光生电子空穴有很强的氧化-还原性能,其与有机光致变色材料之间相互配合不仅能显著地提高板材对光的敏感度,增大板材的变色范围；还能充分利用太阳光中丰富的可见光的光谱能量激发光致变色效应,从而显著增强本发明制备的光致变色板材的变色效应；再者,本发明制备的光致变色板材变色的的稳定性好,抗疲劳性优而且变色时的灵敏度也比较高。(The invention relates to the technical field of a plate manufacturing process, in particular to a photochromic plate and a manufacturing process thereof; the feed is prepared from the following raw materials in parts by weight: 30-45 parts of TPU, 3-5 parts of thixotropic agent and 70-90 parts of photochromic organic polymer coating; the photochromic material in the photochromic organic polymer coating is prepared by compounding an organic photochromic material and an inorganic photochromic material, wherein a photoproduction electron hole of the inorganic photochromic material has strong oxidation-reduction performance, and the photochromic material and the organic photochromic material are matched with each other, so that the sensitivity of the plate to light can be obviously improved, and the color change range of the plate is enlarged; the photochromic effect can be excited by fully utilizing the spectral energy of abundant visible light in sunlight, so that the photochromic effect of the photochromic plate prepared by the method is obviously enhanced; in addition, the photochromic sheet prepared by the invention has good stability of color change, excellent fatigue resistance and higher sensitivity in color change.)

一种光致变色板材及其制作工艺

技术领域

本发明涉及一种板材制作工艺技术领域，更具体地说它涉及一种光致变色板材及其制作工艺。

背景技术

光致变色是指一个化合物A，在适当波长的光辐照下，可进行特定的化学反应或物理效应，获得产物B，由于结构的改变导致其吸收光谱（颜色）发生明显的变化, 而在另一波长的光照射或热的作用下，产物B又能恢复到原来的形式。

随着光致变色材料的迅速发展，越来越多的光致变色材料应用于建筑方面，如工业厂房等。目前，申请号为201610215895 .X的中国专利公开了及一种新型光致变色透明板材，按重量百分比由以下材料制成：不饱和聚酯树脂50%-80%，增强材料10-60%，过氧化甲乙酮0 .5%-3%，过氧化环己酮1%-8%，环烷酸钴或者异辛酸钴1%-8%，光致变色复配物0 .5%-5%。使用上述材料制成的板材，当太阳过于强烈时，板材会由透明变成半透明或者不透明来控制光的透过率，当紫外线减弱时，板材变为纯透明，增加透光度。

上述专利文件提供的透明板材虽然具有一定的变色性能，但是其变色速率相对较慢，即变色的灵敏度相对较差。而且，其本身的抗疲劳性能也相对较差，从而使得其使用寿命相应缩短。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种光致变色板材及其制作工艺，其优点在于：不仅对光的敏感度较高，变色范围较广。而且还具有稳定性好，抗疲劳性优和变色灵敏度高的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种光致变色板材，由以下重量配比的原料制成：TPU30-45份、触变剂3-5份和光致变色有机聚合物涂料70-90份；

其中：所述光致变色有机聚合物涂料由改性丙烯酸树脂、光致变色材料和有机溶剂按照质量比6-8：0.3-0.6：6-8混合搅拌制成。

通过采用上述技术方案，光致变色有机聚合物涂料中的光致变色材料由有机光致变色材料和无机光致变色材料复配而成，其中无机光致变色材料的光生电子空穴有很强的氧化-还原性能，其与有机光致变色材料之间相互配合不仅能显著地提高板材对光的敏感度，还能增大板材的变色范围。

本发明进一步设置为：所述触变剂选用氢化蓖麻油或聚酰胺蜡。

通过采用上述技术方案，触变剂的使用使TPU在静止时有较高的稠度，在外力作用下又变成低稠度流体的物质，便于后续注塑工艺的顺利进行。

本发明进一步设置为：所述光致变色材料由有机光致变色材料和无机光致变色材料按照质量比1：2-3混合制成；其中：

有机光致变色材料选用喹啉并吡喃或吩噁嗪；

无机光致变色材料选用MoO₃或WO₃。

通过采用上述技术方案，无机光致变色材料的光生电子空穴有很强的氧化-还原性能，其与有机光致变色材料之间相互配合不仅能显著地提高板材对光的敏感度，增大板材的变色范围。还能充分利用太阳光中丰富的可见光的光谱能量激发光致变色效应，从而显著增强本发明制备的光致变色板材的变色效应。

本发明进一步设置为：所述改性聚丙烯酸树脂的制备方法包括以下步骤：

a、准确称取质量为聚丙烯酸树脂2-4%的氧化铈粉末，并将之转入温度设置为55-65℃的高速混合机中，然后向其中喷洒含10-15%硅烷偶联剂的乙醇溶液，同时以300-400r/min的速度将之混合搅拌均匀；其中硅烷偶联剂的用量为氧化铈粉末质量的2-4%；

b、搅拌均匀后进行喷雾处理20-30min，然后将活化处理后的氧化铈粉末由高速混合机中取出，并将之置于恒温干燥箱内，在80-90℃的条件下进行干燥，得到改性氧化铈粉末；

c、将步骤b中所得的改性氧化铈粉末和聚丙烯酸树脂一同转入高速混合机中，并向其中加入质量为氧化铈粉末0.8-1.3倍的助剂；并在60-70℃的条件下，以200-300r/min的速度混合搅拌均匀，混合料经双螺杆挤出机造粒，得到改性聚丙烯酸树脂；

其中，助剂由亚磷酸酯类复合抗氧剂与受阻酚类光稳定剂等质量混合制成。

通过采用上述技术方案，通过对聚丙烯酸树脂进行改性，使得改性后的聚丙烯酸树脂能与TPU之间发生交联反应，使改性聚丙烯酸树脂能牢固地固定在TPU的表面。而改性聚丙烯酸树脂表面的改性氧化铈的光生电子空穴有很强的氧化-还原性能，其与无机光致变色材料、有机光致变色材料之间相互配合不仅能显著地提高板材对光的敏感度，还能显著增强本发明制备的光致变色板材的变色效应。

本发明进一步设置为：所述有机溶剂选用BCS、EAC、IBA中的一种。

通过采用上述技术方案，有机溶剂的使用使得光致变色材料和改性丙烯酸树脂能更好地溶解在其中，从而形成均一稳定的分散体系，使得后续板材基体在进行浸泡染色时保证光致变色材料能均匀涂覆在板材基体的表面，从而保证制作的光致变色板材的变色性能。

本发明进一步设置为：一种光致变色板材的制作工艺，包括以下步骤：

S1、按照上述重量配比准确称取TPU、触变剂和光致变色有机聚合物涂料，并将TPU和触变剂混合搅拌均匀后一同转入注塑机的料筒内进行注塑，再经冷却处理后得到板材基体；

S2、将S1中所得的板材基体浸泡在光致变色有机聚合物涂料中，并将光致变色有机聚合物涂料的温度升至60-70℃，并在此温度下恒温浸泡4-8h，浸泡过程中每隔30-50min超声震荡3-5min；

S3、将板材基材由光致变色有机聚合物涂料中取出，并将其表面的光致变色有机聚合物涂料均匀平铺处理，再经紫外灯的照射下固并对其进行修边处理，即得光致变色板材成品；

S4、对S3所得的光致变色板材成品进行质检，弃去质量不合格的残次品，保留合格的光致变色板材成品。

通过采用上述技术方案，将所得的板材基体浸泡在温度为至60-70℃的光致变色有机聚合物涂料中，并在浸泡的过程中采用间歇性超声震荡处理。最终在紫外灯光的照射下，这些光致变色材料中的小分子被牢固地“禁锢”在板材基体内，从而使得所制备的光致变色板材具有稳定而持久的变色效应。

本发明进一步设置为：所述S1中冷却压力为35-50bar，冷却时间为3-5s。

通过采用上述技术方案，将注塑后的板材基体在次冷却压力下冷却3-5s，既能保证对板材基体的冷却效果，同时又能保证板材基体不会在冷却过程中使其质量产生缺陷，从而保证板材基体的质量。

本发明进一步设置为：所述S2中超声震荡的频率为20-28KHz。

通过采用上述技术方案，在此频率下对光致变色有机聚合物涂料进行超声震荡，能增加光致变色有机聚合物涂料中的光致变色分子进入板材基体的分子间隔中，从而保证所制备的光致变色板材的变色性能。

本发明进一步设置为：所述S3中紫外灯的功率为500W。

通过采用上述技术方案，在此条件下既能加快光致变色有机聚合物涂料在板材基体表面凝固的速率，又能有效避免因为光照强度过大而造成涂层老化的现象。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明采用光致变色有机聚合物涂料和TPU作为制备光致变色板材的原料。其中，光致变色有机聚合物涂料中的光致变色材料由有机光致变色材料和无机光致变色材料复配而成，其中无机光致变色材料的光生电子空穴有很强的氧化-还原性能，其与有机光致变色材料之间相互配合不仅能显著地提高板材对光的敏感度，增大板材的变色范围。而且还能充分利用太阳光中丰富的可见光的光谱能量激发光致变色效应，从而显著增强本发明制备的光致变色板材的变色效应。再者，本发明制备的光致变色板材变色的的稳定性好，抗疲劳性优而且变色时的灵敏度也比较高；

2、将所得的板材基体浸泡在温度为至60-70℃的光致变色有机聚合物涂料中，并在浸泡的过程中采用间歇性超声震荡处理。在此温度下，板材基体之间的分子之间的间距增大，利于光致变色有机聚合物涂料中的小分子进入其分子缝隙中，再配合超声震荡的处理，使得光致变色材料中的小分子能充分地进入板材基体表面的缝隙中，最终在紫外灯光的照射下，这些光致变色材料中的小分子被牢固地“禁锢”在板材基体内，从而使得所制备的光致变色板材具有稳定而持久的变色效应。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种光致变色板材，由以下重量配比的原料制成：TPU35份、触变剂3份和光致变色有机聚合物涂料75份；

其中：光致变色有机聚合物涂料由改性丙烯酸树脂、光致变色材料和有机溶剂按照质量比6：0.4：7混合搅拌制成。

触变剂选用氢化蓖麻油。

光致变色材料由有机光致变色材料和无机光致变色材料按照质量比1：2混合制成；其中：

有机光致变色材料选用喹啉并吡喃；

无机光致变色材料选用MoO₃。

改性聚丙烯酸树脂的制备方法包括以下步骤：

a、准确称取质量为聚丙烯酸树脂2%的氧化铈粉末，并将之转入温度设置为55℃的高速混合机中，然后向其中喷洒含10%硅烷偶联剂的乙醇溶液，同时以300r/min的速度将之混合搅拌均匀；其中硅烷偶联剂的用量为氧化铈粉末质量的2%；

b、搅拌均匀后进行喷雾处理20min，然后将活化处理后的氧化铈粉末由高速混合机中取出，并将之置于恒温干燥箱内，在80℃的条件下进行干燥，得到改性氧化铈粉末；

c、将步骤b中所得的改性氧化铈粉末和聚丙烯酸树脂一同转入高速混合机中，并向其中加入质量为氧化铈粉末0.8倍的助剂；并在60℃的条件下，以200r/min的速度混合搅拌均匀，混合料经双螺杆挤出机造粒，得到改性聚丙烯酸树脂；

其中，助剂由亚磷酸酯类复合抗氧剂与受阻酚类光稳定剂等质量混合制成。

有机溶剂选用BCS。

一种光致变色板材的制作工艺，包括以下步骤：

S1、按照上述重量配比准确称取TPU、触变剂和光致变色有机聚合物涂料，并将TPU和触变剂混合搅拌均匀后一同转入注塑机的料筒内进行注塑，再经冷却处理后得到板材基体；

S2、将S1中所得的板材基体浸泡在光致变色有机聚合物涂料中，并将光致变色有机聚合物涂料的温度升至60℃，并在此温度下恒温浸泡4h，浸泡过程中每隔30min超声震荡3min；

S3、将板材基材由光致变色有机聚合物涂料中取出，并将其表面的光致变色有机聚合物涂料均匀平铺处理，再经紫外灯的照射下固并对其进行修边处理，即得光致变色板材成品；

S4、对S3所得的光致变色板材成品进行质检，弃去质量不合格的残次品，保留合格的光致变色板材成品。

S1中冷却压力为35bar，冷却时间为3s。

S2中超声震荡的频率为20KHz。

S3中紫外灯的功率为500W。

实施例2：

一种光致变色板材，由以下重量配比的原料制成：TPU30份、触变剂4份和光致变色有机聚合物涂料70份；

其中：光致变色有机聚合物涂料由改性丙烯酸树脂、光致变色材料和有机溶剂按照质量比7：0.3：6混合搅拌制成。

触变剂选用聚酰胺蜡。

光致变色材料由有机光致变色材料和无机光致变色材料按照质量比1：2.5混合制成；其中：

有机光致变色材料选用吩噁嗪；

无机光致变色材料选用WO₃。

改性聚丙烯酸树脂的制备方法包括以下步骤：

a、准确称取质量为聚丙烯酸树脂2-4%的氧化铈粉末，并将之转入温度设置为60℃的高速混合机中，然后向其中喷洒含12%硅烷偶联剂的乙醇溶液，同时以360r/min的速度将之混合搅拌均匀；其中硅烷偶联剂的用量为氧化铈粉末质量的3%；

b、搅拌均匀后进行喷雾处理25min，然后将活化处理后的氧化铈粉末由高速混合机中取出，并将之置于恒温干燥箱内，在85℃的条件下进行干燥，得到改性氧化铈粉末；

c、将步骤b中所得的改性氧化铈粉末和聚丙烯酸树脂一同转入高速混合机中，并向其中加入质量为氧化铈粉末1.0倍的助剂；并在65℃的条件下，以250r/min的速度混合搅拌均匀，混合料经双螺杆挤出机造粒，得到改性聚丙烯酸树脂；

其中，助剂由亚磷酸酯类复合抗氧剂与受阻酚类光稳定剂等质量混合制成。

有机溶剂选用EAC。

一种光致变色板材的制作工艺，包括以下步骤：

S1、按照上述重量配比准确称取TPU、触变剂和光致变色有机聚合物涂料，并将TPU和触变剂混合搅拌均匀后一同转入注塑机的料筒内进行注塑，再经冷却处理后得到板材基体；

S2、将S1中所得的板材基体浸泡在光致变色有机聚合物涂料中，并将光致变色有机聚合物涂料的温度升至65℃，并在此温度下恒温浸泡6h，浸泡过程中每隔40min超声震荡4min；

S3、将板材基材由光致变色有机聚合物涂料中取出，并将其表面的光致变色有机聚合物涂料均匀平铺处理，再经紫外灯的照射下固并对其进行修边处理，即得光致变色板材成品；

S4、对S3所得的光致变色板材成品进行质检，弃去质量不合格的残次品，保留合格的光致变色板材成品。

S1中冷却压力为40bar，冷却时间为4s。

S2中超声震荡的频率为23KHz。

S3中紫外灯的功率为500W。

实施例3：

一种光致变色板材，由以下重量配比的原料制成：TPU45份、触变剂5份和光致变色有机聚合物涂料90份；

其中：光致变色有机聚合物涂料由改性丙烯酸树脂、光致变色材料和有机溶剂按照质量比8：0.5：7混合搅拌制成。

触变剂选用聚酰胺蜡。

光致变色材料由有机光致变色材料和无机光致变色材料按照质量比1：2.5混合制成；其中：

有机光致变色材料选用吩噁嗪；

无机光致变色材料选用WO₃。

改性聚丙烯酸树脂的制备方法包括以下步骤：

a、准确称取质量为聚丙烯酸树脂3%的氧化铈粉末，并将之转入温度设置为60℃的高速混合机中，然后向其中喷洒含14%硅烷偶联剂的乙醇溶液，同时以380r/min的速度将之混合搅拌均匀；其中硅烷偶联剂的用量为氧化铈粉末质量的3%；

b、搅拌均匀后进行喷雾处理25min，然后将活化处理后的氧化铈粉末由高速混合机中取出，并将之置于恒温干燥箱内，在85℃的条件下进行干燥，得到改性氧化铈粉末；

c、将步骤b中所得的改性氧化铈粉末和聚丙烯酸树脂一同转入高速混合机中，并向其中加入质量为氧化铈粉末1.2倍的助剂；并在65℃的条件下，以280r/min的速度混合搅拌均匀，混合料经双螺杆挤出机造粒，得到改性聚丙烯酸树脂；

其中，助剂由亚磷酸酯类复合抗氧剂与受阻酚类光稳定剂等质量混合制成。

有机溶剂选用IBA。

一种光致变色板材的制作工艺，包括以下步骤：

S1、按照上述重量配比准确称取TPU、触变剂和光致变色有机聚合物涂料，并将TPU和触变剂混合搅拌均匀后一同转入注塑机的料筒内进行注塑，再经冷却处理后得到板材基体；

S2、将S1中所得的板材基体浸泡在光致变色有机聚合物涂料中，并将光致变色有机聚合物涂料的温度升至65℃，并在此温度下恒温浸泡7h，浸泡过程中每隔45min超声震荡4min；

S3、将板材基材由光致变色有机聚合物涂料中取出，并将其表面的光致变色有机聚合物涂料均匀平铺处理，再经紫外灯的照射下固并对其进行修边处理，即得光致变色板材成品；

S4、对S3所得的光致变色板材成品进行质检，弃去质量不合格的残次品，保留合格的光致变色板材成品。

S1中冷却压力为45bar，冷却时间为4s。

S2中超声震荡的频率为25KHz。

S3中紫外灯的功率为500W。

实施例4：

一种光致变色板材，由以下重量配比的原料制成：TPU40份、触变剂4份和光致变色有机聚合物涂料85份；

其中：光致变色有机聚合物涂料由改性丙烯酸树脂、光致变色材料和有机溶剂按照质量比7：0.6：8混合搅拌制成。

触变剂选用氢化蓖麻油。

光致变色材料由有机光致变色材料和无机光致变色材料按照质量比1：3混合制成；其中：

有机光致变色材料选用喹啉并吡喃；

无机光致变色材料选用MoO₃。

改性聚丙烯酸树脂的制备方法包括以下步骤：

a、准确称取质量为聚丙烯酸树脂4%的氧化铈粉末，并将之转入温度设置为65℃的高速混合机中，然后向其中喷洒含15%硅烷偶联剂的乙醇溶液，同时以400r/min的速度将之混合搅拌均匀；其中硅烷偶联剂的用量为氧化铈粉末质量的4%；

b、搅拌均匀后进行喷雾处理30min，然后将活化处理后的氧化铈粉末由高速混合机中取出，并将之置于恒温干燥箱内，在90℃的条件下进行干燥，得到改性氧化铈粉末；

c、将步骤b中所得的改性氧化铈粉末和聚丙烯酸树脂一同转入高速混合机中，并向其中加入质量为氧化铈粉末1.3倍的助剂；并在70℃的条件下，以300r/min的速度混合搅拌均匀，混合料经双螺杆挤出机造粒，得到改性聚丙烯酸树脂；

其中，助剂由亚磷酸酯类复合抗氧剂与受阻酚类光稳定剂等质量混合制成。

有机溶剂选用EAC。

一种光致变色板材的制作工艺，包括以下步骤：

S1、按照上述重量配比准确称取TPU、触变剂和光致变色有机聚合物涂料，并将TPU和触变剂混合搅拌均匀后一同转入注塑机的料筒内进行注塑，再经冷却处理后得到板材基体；

S2、将S1中所得的板材基体浸泡在光致变色有机聚合物涂料中，并将光致变色有机聚合物涂料的温度升至70℃，并在此温度下恒温浸泡8h，浸泡过程中每隔50min超声震荡5min；

S3、将板材基材由光致变色有机聚合物涂料中取出，并将其表面的光致变色有机聚合物涂料均匀平铺处理，再经紫外灯的照射下固并对其进行修边处理，即得光致变色板材成品；

S4、对S3所得的光致变色板材成品进行质检，弃去质量不合格的残次品，保留合格的光致变色板材成品。

S1中冷却压力为50bar，冷却时间为5s。

S2中超声震荡的频率为28KHz。

S3中紫外灯的功率为500W。

性能检测：

对通过本发明的实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制备的光致变色板材与市售普通光致变色板材进行性能检测。其中市售光致变色板材作为对照组，通过本发明中实施例制备的光致变色板材作为实验组，所得检测数据如下表：

	变色速度(Abs/s)	抗疲劳性（|△A|/Abs）
			对照组	1.16	0.563
实施例1	0.03	0.017
			实施例2	0.03	0.023
实施例3	0.02	0.019
			实施例4	0.03	0.016

注：抗疲劳性能测试：将本发明制备的光致变色板材用365nm紫外灯照射至其其发生明显变色后，再在120℃的温度下加热至恢复原色。如此反复测试10次，然后测量其紫外吸光度的数值，并将其与光致变色板材的初始紫外吸光度的数值进行比较，两者差值的绝对值记作为|△A|。

从上表中的相关数据可知本发明制备的光致变色板材的变色速率以及抗疲劳性能均优于市售光致变色板材。表明本发明制备的光致变色板材的质量更好，更适宜推广。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，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。