一种自清洁的智能动态调光玻璃
阅读说明：本技术 一种自清洁的智能动态调光玻璃 (Self-cleaning intelligent dynamic dimming glass ) 是由 王鹏飞 胡志诚 陈佳峰 陈超群 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自清洁的智能动态调光玻璃,包括第一透明基底层、第二透明基底层、设于第一透明基底层和第二透明基底层之间的悬浮颗粒装置层、设于第一透明基底层和悬浮颗粒装置层之间的第一透明导体层、设于第二透明基底层和悬浮颗粒装置层之间的第二透明导体层,所述第一透明基底层和第二透明基底层的表面涂覆有表面保护涂层,所述表面保护涂层包括以下重量份的原料制备得到：2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯3-6份、N,N-二甲基甲酰胺14-18份、2,2’-偶氮二异丁氰0.02-0.06份、乙醚120-160份。本申请具有提高调光玻璃表面自洁能力以及防护能力的效果。(The invention discloses self-cleaning intelligent dynamic dimming glass which comprises a first transparent substrate layer, a second transparent substrate layer, a suspended particle device layer arranged between the first transparent substrate layer and the second transparent substrate layer, a first transparent conductor layer arranged between the first transparent substrate layer and the suspended particle device layer, and a second transparent conductor layer arranged between the second transparent substrate layer and the suspended particle device layer, wherein the surfaces of the first transparent substrate layer and the second transparent substrate layer are coated with a surface protection coating, and the surface protection coating is prepared from the following raw materials in parts by weight: 3-6 parts of 2- (perfluorooctyl) ethyl methacrylate, 14-18 parts of N, N-dimethylformamide, 0.02-0.06 part of 2, 2' -azobisisobutyronitrile and 160 parts of diethyl ether 120-. The application has the effect of improving the surface self-cleaning capability and the protective capability of the dimming glass.)
技术领域
本发明涉及玻璃的领域，尤其是涉及一种自清洁的智能动态调光玻璃。
背景技术
近年来，人们对于可切换玻璃的兴趣与日俱增。可切换玻璃在施加电压时会更改其本身的透光率特性。等玻璃面板在施加电压时，玻璃会从暗的变成透明或者半透明的形态。这种可切换玻璃已经被用于例如来提供“隐私窗”来调节家庭以及其他建筑物或其个部分的隐私性。
其中，可切换玻璃通常是通过在玻璃中设置悬浮纳米颗粒，然后通过改变悬浮颗粒的取向，从而改变玻璃的透光性。这种玻璃通常在非激活状态下时是暗的或不透明的，但在响应于施加的电压被激活时而变得透明。
调光玻璃在使用的过程中，发明人发现：当调光玻璃作为调节窗应用在一些高大的建筑物上时，当调光玻璃的表面由于长期使用的积累了杂质以及油污后，需要人工进行清理，以保持调光玻璃在施加电压变得透明时的透明程度。但是人工清理的方式比较耗时耗力。
发明内容
为了提高对调光玻璃的表面的自清洁能力，本申请提供一种自清洁的智能动态调光玻璃。本申请提供一种自清洁的智能动态调光玻璃采用如下技术方案：
一种自清洁的智能动态调光玻璃，包括第一透明基底层、第二透明基底层、设于第一透明基底层和第二透明基底层之间的变色层，所述第一透明基底层和第二透明基底层的表面涂覆有表面保护涂层，所述表面保护涂层包括以下重量份的原料制备得到：
通过采用上述技术方案，表面保护涂层通过各个原料组分之间的配合反应形成一种具有低表面能的均聚物，这种均聚物由于侧链悬挂的具有柔性间隔基团的全氟碳链，从而赋予第一透明基底层表面和第二透明基底层表面“类液体”的性质，使得第一透明基底层和第二透明基底层表面不易沾染上各类高粘度的液体，获得了保持调光玻璃的本身的洁净性，并减少人工清洗的成本的效果。
当检修时发现表面保护涂层发生破损后，可以通过加热方式对表面保护涂层进行修复，恢复表面保护涂层的保护功能。
进一步的，所述第一透明基底层和第二透明基底层的表面先涂覆一层基底保护层，再涂覆表面保护涂层；其中，所述基底保护层为聚氨酯薄膜。
通过采用上述技术方案，基底保护层预先涂覆在第一透明基底层和第二透明基底层表面，以避免表面保护涂层在长期的使用过程中发生破损后，第一透明基底层和第二透明基底层较快受到伤害，基底保护层的保护给维护检修人员提供一段比较长的检修时间，从而起到更加持久地保护第一透明基底层和第二透明基底层的作用。
进一步的，所述表面保护涂层涂覆到第一透明基底层和第二透明基底层表面的方法具体包括以下步骤：
步骤1：制备表面保护涂层聚合物；
步骤2：将第一透明基底层和第二透明基底层预热至60-80℃，融化表面保护涂层聚合物，并刮涂至基底保护膜表面；
步骤3：将刮涂后的表面保护涂层聚合物冷却固化，冷却过程经历两个阶段，第一阶段控制冷却温度为10-20℃，冷却时间为20-30min；第二阶段控制冷却温度为-5℃-0℃，冷却时间为5-10min。
通过采用上述技术方案，将反应制备得到的表面保护涂层聚合物进行融化后再冷却固化到基底保护膜表面，涂层涂覆过程中没有采用溶剂，从而使得涂覆的方式更加简单，不易产生挥发性的气体，提高生产效率。其次，通过采用预先预热第一透明基底层和第二透明基底层的方式，使得刮涂时，第一透明基底层和第二透明基底层与刮涂溶液的温差不大，从而避免由于温差过大而引起保护膜局部率先冷却固化而产生裂缝。涂层的冷却过程通过两个冷却阶段进行冷却，先降温至10-20℃进行冷却，再进一步地在更低的温度即-5℃-0℃进行冷却，以使得涂层在固化后的强度更好。
进一步的，所述表面保护涂层的原料中还包括有2-6重量份的聚氨酯修复微胶囊，所述聚氨酯修复微胶囊在步骤2中表面保护涂层聚合物融化后加入到表面保护涂层聚合物中，并在聚氨酯修复微胶囊加入后搅拌2-3min后进行刮涂；所述聚氨酯修复微胶囊选用壁材二苯基甲烷二异氰酸酯和聚乙二醇，芯材为甲苯二异氰酸酯。
通过采用上述技术方案，表面保护涂层中含有的聚氨酯修复微胶囊在表面保护涂层受到划伤后，部分微胶囊也会被划破，从而流露出微胶囊内部的芯材，内部封装的芯材会扩散到划痕中的微裂纹中。而被划伤的表面保护涂层后的基底保护层由于裸露而更加容易发生裂纹，因此扩散在划痕中的芯材会同时流入已经产生裂纹的基底保护层的裂纹中，从而对作为基底保护层的聚氨酯薄膜进行修复，从而在一定程度上避免进一步对调光玻璃中的第一透明基底层和第二透明基底层表面进行保护，减缓调光玻璃的修复压力，提高调光玻璃的使用耐久程度。
进一步的，所述聚氨酯修复微胶囊的粒径选用10-30μm。
通过采用上述技术方案，聚氨酯修复微胶囊的粒径在10-30μm范围内时，聚氨酯修复微胶囊粒径分布范围更窄，使得表面保护涂层更加光滑致密，表面保护涂层对调光玻璃的透光能力的影响更小，从而起到既保护调光玻璃又不影响调光玻璃本身透光性的作用。
进一步的，所述聚氨酯修复微胶囊在加入到融化后的表面保护涂层聚合物中之前，先将聚氨酯修复微胶囊降温至10-20℃。
通过采用上述技术方案，先对聚氨酯修复微胶囊降温至10-20℃后，使得聚氨酯修复微胶囊与融化后的表面保护涂层聚合物具有一定的温度差，以降低聚氨酯修复微胶囊加入到融化后的表面保护涂层聚合物中时，聚氨酯修复微胶囊由于受热膨胀而发生破裂的可能性，避免芯材过早释放而失效。
进一步的，所述聚氨酯修复微胶囊在加入到融化后的表面保护涂层聚合物中之前，先对聚氨酯修复微胶囊进行改性处理，所述改性处理包括以下步骤：
步骤1：将聚氨酯修复微胶囊、多巴胺和水先按1∶2∶5的重量比例混合均匀，并搅拌10-16h，得到聚多巴胺包覆的聚氨酯修复微胶囊溶液；
步骤2：再将2-胍基琥珀酸加入聚多巴胺包覆的聚氨酯修复微胶囊溶液中，搅拌8-12h，得到分散改性的聚氨酯修复微胶囊溶液；
步骤3：将分散改性的聚氨酯修复微胶囊溶液过滤烘干后即可得到改性处理后的聚氨酯修复微胶囊。
通过采用上述技术方案，先将聚氨酯修复微胶囊、多巴胺和水进行混合反应，使得聚氨酯修复微胶囊表面首先被聚多巴胺包裹改性，再加入2-胍基琥珀酸后，2-胍基琥珀酸会与活性炭表面的聚多巴胺上的羟基或氨基继续反应，使得聚氨酯修复微胶囊表面继续改性，使得聚氨酯修复微胶囊在融化后的表面保护涂层聚合物中的分散性增强。
进一步的，所述表面涂层聚合物的原料中还添加有粒径为50-100nm的纳米不锈钢粉，所述表面保护涂层聚合物的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯和N，N-二甲基甲酰胺搅拌混合均匀，得到混合液；
步骤2：将引发剂2,2’-偶氮二异丁氰加入到上述混合液中，加热搅拌反应后，得到粗产物；
步骤3：将粗产物冷却至室温，然后加入乙醚进行洗涤抽滤干燥，得到提纯产物；
步骤4：将提纯产物加热融化，然后加入纳米不锈钢粉搅拌混合均匀，冷却至室温后即可得到表面涂层聚合物；
其中，纳米不锈钢粉与2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯的重量比例为1∶50。
通过采用上述技术方案，纳米不锈钢粉加入的量很少，对于玻璃的透光性影响较小。而纳米不锈钢粉由于属于金属粉末，具有较好的导热性能，在制备表面保护涂层的过程中，纳米不锈钢粉可以很好地传递热量，从而使得加入了聚氨酯修复微胶囊后的融化的表面保护涂层在调光玻璃表面更快的固化，降低聚氨酯修复微胶囊的受热时间过长而融化或破裂的风险，并且提高了表面保护涂层的涂覆效率。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、在调光玻璃的表面设置一层基底保护层和表面保护涂层，对调光玻璃表面进行了有效的保护，使得调光玻璃表面不易沾染杂质或油污，从而降低人工清理的成本。
2、本申请中采用在表面保护涂层中添加聚氨酯修复微胶囊，使得基底保护层在发生划伤时可以在一定程度上对基底保护层进行保护。
3、本申请通过对聚氨酯修复微胶囊进行改性以及降温等方式进行预处理，使得聚氨酯修复微胶囊可以更好地分散在表面保护涂层中，从而提高对基底保护膜的修复效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例中所使用的原料均可通过市售获得。其中，第一透明基底层、第二透明基底层为玻璃构成，第一透明基底层、第二透明基底层的厚度为1mm。变色层由第一透明导体层与第二透明导体层在中间夹杂纳米杆状颗粒的混合液组成，第一透明导体层与第二透明导体层由掺锡氧化铟构成，纳米杆状颗粒为纳米棒状氧化铁。当第一透明导体层与第二透明导体层上施加电压时，纳米杆状颗粒进行对齐，使得变色层的透光率提高。当第一透明导体层与第二透明导体层上未施加电压时，纳米杆状颗粒进行未对齐，使得变色层的透光率降低。
聚乙二醇选用生产的南通润丰石油化工有限公司。
聚乙二醇选用江苏省海安石油化工厂生产的聚乙二醇4000。
甲苯二异氰酸酯选用济南蓝爵商贸有限公司生产的TDI-80。2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、N，N-二甲基甲酰胺和乙醚是从上海阿拉丁生化科技股份有限公司采购的。
制备例
制备例1-3
如表1所示，制备例1-3的主要区别在于表面保护涂层的原料配比不同。
以下以制备例1进行说明，制备例1中提供的表面保护涂层聚合物的制备方法如下：
步骤1：在氮气保护下，将2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯和N，N-二甲基甲酰胺在65℃下以60r/min的转速搅拌30min，得到混合液；
步骤2：将引发剂2,2’-偶氮二异丁氰加入到上述混合液中，在65℃下以20r/min的搅拌速度搅拌24h，得到粗产物；
步骤3：将粗产物冷却至室温，然后加入乙醚以20r/min的搅拌速度搅拌30min，抽滤并在50℃下干燥后即可得到表面保护涂层聚合物。
表1 表面保护涂层中原料用量
制备例4
与制备例1的区别在于，表面保护涂层聚合物的制备方法还包括有步骤4。
表面保护涂层聚合物的制备方法如下：
步骤1：在氮气保护下，将2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯和N，N-二甲基甲酰胺在65℃下以60r/min的转速搅拌30min，得到混合液；
步骤2：将引发剂2,2’-偶氮二异丁氰加入到上述混合液中，在65℃下以20r/min的搅拌速度搅拌24h，得到粗产物；
步骤3：将粗产物冷却至室温，然后加入乙醚以20r/min的搅拌速度搅拌30min，抽滤并在50℃下干燥后得到提纯产物；
步骤4：将提纯产物加热至110℃并待提纯产物完全融化，并维持110℃的温度下，然后加入纳米不锈钢粉以20r/min的搅拌速度搅拌30min，其中，纳米不锈钢粉与2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯的重量比例为1∶50，冷却至室温后即可得到表面涂层聚合物。
实施例
实施例1
一种自清洁的智能动态调光玻璃，包括第一透明基底层、第二透明基底层、胶粘于第一透明基底层和第二透明基底层之间的变色层，第一透明基底层和第二透明基底层的表面涂覆有表面保护涂层。
表面保护涂层的涂覆的方法具体包括以下步骤：
步骤1：将表面保护涂层聚合物加热至完全融化，然后用刮板刮涂到第一透明基底层和第二透明基底层的表面，刮涂的厚度控制在1mm。
步骤2：待刮涂完的表面保护涂层聚合物冷却至室温后，即可得到表面保护涂层。
其中表面保护涂层聚合物采用制备例1中的表面保护涂层聚合物。
实施例2
与实施例1的区别在于，表面保护涂层聚合物采用制备例2中的表面保护涂层聚合物。
实施例3
与实施例1的区别在于，表面保护涂层聚合物采用制备例4中的表面保护涂层聚合物。
实施例4
与实施例3的区别在于，表面保护涂层的涂覆的方法具体包括以下步骤：
步骤1：将表面保护涂层聚合物加热至110℃并待表面保护涂层聚合物中的有机成分完全融化，然后用刮板将融化后的表面保护涂层聚合物刮涂到第一透明基底层和第二透明基底层的表面，刮涂的厚度控制在1mm。
步骤2：待刮涂完的表面保护涂层聚合物冷却至室温后，即可得到表面保护涂层。
实施例5
与实施例3的区别在于，在涂覆表面保护涂层前，先将聚氨酯薄膜热压到第一透明基底层和第二透明基底层表面作为基体保护层，然后再涂覆表面保护涂层。
实施例6
与实施例3的区别在于，表面保护涂层的涂覆的方法具体包括以下步骤：
步骤1：将表面保护涂层聚合物加热至完全融化，此时加入与表面保护涂层聚合物质量比为1∶10的聚氨酯修复微胶囊，以100r/min的搅拌速度搅拌2min后即刻将用刮板将混合液刮涂到第一透明基底层和第二透明基底层的表面，刮涂的厚度控制在1mm。
步骤2：待刮涂完的表面保护涂层聚合物冷却至室温后，即可得到表面保护涂层。
其中，聚氨酯修复微胶囊的粒径选用5-10μm粒径的聚氨酯修复微胶囊。聚氨酯修复微胶囊选用壁材二苯基甲烷二异氰酸酯和聚乙二醇，芯材为甲苯二异氰酸酯。
实施例7
与实施例6的区别在于，聚氨酯修复微胶囊的粒径选用30-50μm粒径的聚氨酯修复微胶囊。
实施例8
与实施例6的区别在于，聚氨酯修复微胶囊的粒径选用10-30μm粒径的聚氨酯修复微胶囊。
实施例9
与实施例8的区别在于，表面保护涂层聚合物采用制备例4中的表面保护涂层聚合物。
实施例10
与实施例9的区别在于，聚氨酯修复微胶囊在加入到融化后的表面保护涂层聚合物中之前，先将聚氨酯修复微胶囊降温至10℃。
实施例11
与实施例9的区别在于，聚氨酯修复微胶囊在加入到融化后的表面保护涂层聚合物中之前，先将聚氨酯修复微胶囊降温至15℃。
实施例12
与实施例9的区别在于，聚氨酯修复微胶囊在加入到融化后的表面保护涂层聚合物中之前，先将聚氨酯修复微胶囊降温至20℃。
实施例13
与实施例11的区别在于，聚氨酯修复微胶囊在加入到融化后的表面保护涂层聚合物中之前，先对聚氨酯修复微胶囊进行改性处理，所述改性处理包括以下步骤：
步骤1：将聚氨酯修复微胶囊、多巴胺和水先按1∶2∶5的重量比例混合，以60r/min的搅拌速度搅拌10h，得到聚多巴胺包覆的聚氨酯修复微胶囊溶液；
步骤2：将与步骤1中加入的多巴胺的重量比为1∶3的2-胍基琥珀酸加入到聚多巴胺包覆的聚氨酯修复微胶囊溶液中，以60r/min的搅拌速度搅拌搅拌8h，得到分散改性的聚氨酯修复微胶囊溶液；
步骤3：将分散改性的聚氨酯修复微胶囊溶液从过滤出分散改性的聚氨酯修复微胶囊，然后在60℃下烘干后即可得到改性处理后的聚氨酯修复微胶囊。
实施例14-17与实施例13的区别仅在于聚氨酯修复微胶囊改性过程中各参数的区别，如表2所示。
表2 聚氨酯修复微胶囊改性过程中各参数
实施例
步骤1中搅拌时间(h)
步骤2中搅拌时间(h)
实施例14
12
8
实施例15
14
8
实施例16
16
8
实施例17
16
10
实施例18-29与实施例17的区别仅在于表面保护涂层制备过程中各参数的区别，如表3所示。
表3 表面保护涂层制备过程中各参数
对比例
对比例1
与实施例1的区别在于，在第一透明基底层和第二透明基底层的表面未涂覆表面保护涂层。
检测方法
疏油性能检测
取1m×1m大小的调光玻璃作为样品板，然后在样品板竖直，然后再样品板的侧壁顶部水平涂上一条厚度为1cm的葵花籽油，然后静置20min、40min以及1h后分别观察样品板表面的油污扩展情况，按照样品板表面留存油污的面积大小，从小到大分为1-10级。检测结果如表4。
表4 疏油性能检测
自修复性能检测
取1m×1m大小的调光玻璃作为样品板，然后在样品板上用刻刀割出两组划痕，第一组划痕定义A组，第二组划痕定义为B组，每组划痕数目为20条，且按照样品板的中轴线对称分布，一侧为A组，一侧为B组。每组划痕均水平，且每组划痕中的每条划痕的长度以及相邻划痕之间的距离均相等。其中A组划痕仅划伤表面保护层，B组划痕划穿表面保护层并划伤基底保护层。静置2周后，观察划痕情况，根据划痕的愈合程度大小，由小到大分为1-10级，其中1级为无明显现象，10级为基本完全愈合。每组的划痕愈合等级平均值结果见表5。
表5 自修复性能检测结果
结论：由表4中实施例1-29与对比例1的疏油性能检测结果可知，当调光玻璃涂覆本申请中的表面保护层时，对于油污具有很好的疏离性能，可以使得落到玻璃表面的油污可以根据其自身的重力作用而沿玻璃表面滑落。
由表5中对于划痕的自修复情况的结果可知，添加有聚氨酯修复胶囊后的表面保护涂层会在作为基底保护层的聚氨酯膜受到划伤时而对聚氨酯膜进行缓慢的自修复。并且通过自修复的机理，也可以在一定程度上对表面保护涂层上产生的划痕进行修复。且添加有纳米不锈钢粉、提前对聚氨酯修复微胶囊进行降温以及改性的方式均对聚氨酯修复微胶囊的分散效果以及修复效果具有一定的影响。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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