Светорегулирующее термохромное устройство - RU2539980C2

Чертежи

Показать все 122 чертежа(ей)

Описание

Область техники.

Изобретение относится к устройствам или приспособлениям для управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света, исходящего от независимого источника, а именно к устройствам регулирования освещенности и энергосбережения, и предназначено, в частности, для остекления зданий, что включает остекление окон, наружные и внутренние стеновые панели, перегородки, двери, элементы интерьера.

Под термохромным светорегулирующим устройством понимается устройство, в котором наблюдается термохромный эффект и которое включает слой термохромной смолы, который может быть заключен между пластинами стекла, либо прозрачного пластика.

Под термохромным эффектом понимается обратимое изменение пропускания устройства в ультрафиолетовой (УФ) и/или видимой, и/или инфракрасной (ИК) областях спектра, происходящее вследствие изменения температуры устройства.

Под термохромной эффективностью (ТХЭ) материала и/или устройства понимается отношение оптической плотности на данной длине волны оптического излучения при высокой (60-85°С) температуре к оптической плотности на той же длине волны при низкой (20-25°С) температуре термохромного материала.

Основные принципы работы существующих устройств для регулирования освещенности за счет изменения их светопропускания включают изменение пропускания вследствие увеличения, либо уменьшения рассеяния, отражения или поглощения света под действием электрического поля, оптического излучения, изменения газовой среды или температуры внутри устройства.

Предшествующий уровень техники.

Из уровня техники известны устройства, управляемые электрическим полем, которые представляют собой два листа стекла, между которыми помещена многослойная полимерная композиция (триплекс), способная под воздействием электрического поля изменять светопропускание за счет поглощения или рассеяния света. Общими недостатками электроуправляемых устройств являются малое количество циклов срабатывания без ухудшения эксплуатационных параметров устройства, недостаточная однородность окрашивания и высокая стоимость, что препятствует их использованию для наружного остекления, необходимость в использовании внешнего источника питания и систем регулирования, что усложняет конструкцию, снижает ее надежность и связано с энергопотреблением (Lee, E.S. et al. "Advancement of Electro-chromic Windows". Lawrence Berkeley National Laboratory. California Energy Commission, Public Interest Energy Research (PIER) Program 2006, Final Report 500-01-023. LBNL-59821. 101 p.).

Известны фотохромные стекла, содержащие галогениды меди или серебра, которые уменьшают пропускание в видимой области спектра под действием ультрафиолетового излучения. Однако такие стекла дороги, а технология производства крупноформатного листового стекла для остекления зданий не разработана (Барачевский В.А., Лашков Г.И., В.А. Цехомский «Фотохромизм и его применение» М.: Химия, 1977, 300 с.). Попытки найти новые решения, используя стекла, содержащие оксиды титана и вольфрама, пока не привели к появлению нового коммерческого продукта (Anneke Georg, Andreas Georg, "Photochromic Window System for Use in Building Envelopes ", University of Freiburg Fraunhoffer Institute. Annual Report 2004. p.18).

Изменение газовой среды в газохромном двухкамерном стеклопакете за счет введения газообразного водорода в пространство между стеклами приводит к изменению светопропускания, что проявляется в появлении, либо исчезновении окраски внутренней поверхности внешнего стекла, покрытого тонким слоем оксида вольфрама, обесцвечивание стекла достигается введением газообразного кислорода в межстекольное пространство. Недостатком такого решения является сложность конструкции и необходимость использования взрыво- и пожароопасных смесей газов (J. Carmodi et al. "Window Systems For High Performance Commercial Buildings". Lawrence Berkeley National Laboratory California Energy Commission, Public Interest Energy Research (PIER) Program 2006, CEC-500-2006-052-AT14).

Из уровня техники известны светорегулирующие устройства, управляемые температурой, которые представляют собой два листа стекла, между которыми помещен слой жидкости, геля, светопропускание которого изменяется с температурой вследствие изменения с температурой рассеяния света в слое.

В патенте США №7306833, опубликованном 11.12.2007 по рубрикам МПК Е06В 3/00, Е04С 2/54, G02F 1/15, G09G 3/19, описано устройство, состоящее из двух листов стекла, пространство между которыми заполнено слоем гидрогеля, состоящего на 30% из поливинилкапролактама и на 70% из воды. При температуре, превышающей 25-30°С, светопропускание устройства уменьшается с 80% до 10-15%, что вызвано увеличением рассеяния света в слое гидрогеля. Поскольку изменение светопропускания не связано с изменением поглощения света, устройство не обладает термохромными свойствами.

Из уровня техники известны термохромные материалы на основе оксидов переходных металлов (V, Fe, Ni, W, Ti, Nb), испытывающих при «критической» температуре T_c переход из полупроводящего в проводящее состояние (переход Мотта). Их основной недостаток заключается в том, что для большинства таких материалов T_c>70°С, что делает невозможным их применение для остекления зданий. Для снижения T_c оксиды переходных металлов, в особенности оксид ванадия, модифицируют, вводя в них примеси (F, W, Мо, Nb и Re, Sn и SiO₂).

В патенте США №4401690, опубликованном 30.08.1983 по рубрикам МПК B05D 5/12; B05D 3/02; С03С 17/245, описан способ изготовления термохромного устройства, включающего стеклянную подложку и покрытие, содержащее оксид ванадия, отличающееся сниженной T_c, что достигается введением в пленку из оксида ванадия соединений металлов, имеющих больший ионный радиус, чем ионный радиус ванадия, таких как вольфрам, ниобий, тантал, иридий или молибден. Однако снижение T_c приводит к уменьшению термохромной эффективности материала, поскольку изменение пропускания света в рабочем диапазоне температур происходит при неприемлемо низком уровне начального светопропускания слоя (40-50%).

Недостатками способа получения термохромного стекла со слоем из оксида ванадия являются необходимость использования высоких (350-650°С) температур, вакуума и антиоксидантов для достижения необходимой стехиометрии V:0, а также сложность получения слоя на большой площади [Moon-Hee Lee. "Thermochromic Glazing of Windows with Better Luminous Solar Transmittance" Solar Energy Materials & Solar Cells. 2002, v.71, p.537-540].

В патенте США №4741859, опубликованном 03.05.1988 по рубрикам МПК G02F 1/13, С09К 19/30, 19/12, описан способ изготовления жидкокристаллического материала, демонстрирующего термохромные свойства во всем видимом спектральном диапазоне. Термохромные свойства этого материала проявляются в селективном отражении падающего белого света, создающим яркие радужные цвета, изменяющиеся при изменении температуры. Материал предназначен, в частности, для использования в качестве чернил. Недостаток: недостаточно большой температурный диапазон срабатывания (-5 ÷ +50°С) материала препятствуют его использованию в качестве термохромного слоя при остеклении зданий.

Известны термохромные полимерные гели, в том числе содержащие комплексы переходных металлов. Эти гели, в частности, на основе системы полиэфир - оксид этилена - карбоксивинил оказались несветостойкими и недолговечными в эксплуатации из-за усталостных явлений. Лучшие образцы термохромных органических соединений и их композиций оказалось невозможным использовать для адаптивного остекления из-за высоких рабочих температур (около 80°С) и недостаточной температуростойкости [С.М. Lamport "Chromogenic Switchable Glazing:

Towards the Development of the Smart Window", Proceedings of Window Innovations, 1995. Toronto, Canada, June 5-6, 1995].

В патенте США №6 489 018 В2 по классам В32В 11/02, В32В 5/16, В32В 5/30, опубликованном 02.12.2002, предложено термохромное светопропускающее ламинированное устройство, состоящее из подложки и термохромного слоя, изготовленного из прозрачной смолы и диспергированных в ней микрокапсул пигмента диаметром от 1 до 5 мкм, обладающего термохромными свойствами. Термохромные свойства пигмента обусловлены наличием в нем окрашивающего органического соединения, являющегося донором электронов, соединения, являющегося акцептором электронов и реакционной средой, от которой зависит, при каких температурах произойдет приводящая к окраске реакция между донором и акцептором электронов. Недостатком устройства является то, что микрокапсулы имеют размер, превышающий длины волн видимого света (порядка 0.3-0.7 мкм), что вызывает снижение эффективности работы устройства, так как светопотери из-за рассеяния света на микрокапсулах являются источником уменьшения светопропускания, не зависящим от температуры.

В патенте США №3192101, опубликованном 29.06.1965 по рубрике МПК В32В 17/10, описан способ изготовления безопасного термохромного стекла, основанный на использовании пластифицированного поливинилбутираля, содержащего аминокомплексы кобальта. Недостатки: во-первых, термохромный эффект материала недостаточен для того, чтобы материал нагревался солнечным светом, и авторам изобретения приходится использовать дополнительный источник электрического нагрева, что усложняет конструкцию, во-вторых, светопропускание перестает уменьшаться при достижении температуры 50°С, в то время как температура остекления при облучении солнечным светом в летний период может достигать 70-80°С на широте Парижа.

В патенте США №6446402, опубликованном 10.09.2002 по рубрикам МПК G02F 1/01 и G02F 1/23, описано термохромное устройство, которое может быть использовано для обеспечения пропускания солнечного света в здание при низкой температуре окружающей среды и поглощения солнечного излучения при высокой температуре окружающей среды.

Данное термохромное устройство включает светопроницаемую подложку, термохромный материал, обратимо изменяющий светопропускание от большого к малому при повышении температуры, и материал с постоянным светопропусканием. Термохромный материал находится в подложке или в слое, нанесенном на подложку и составляющим от 0,1 до 20 мас.% подложки или слоя, причем материал с постоянным светопоглощением может быть в том же слое или в слое, отличном от слоя термохромного материала. В частности, термохромное устройство может включать слой с низкой излучательной способностью. Такая конструкция была описана нами ранее, где и показано, что она обеспечивает энергосбережение благодаря тому, что в холодное время года (зимой) термохромный слой, оптимизированный на «срабатывание» в диапазоне температур выше «комфортной» (20-25°С), остается высокопропускающим (См.: 1. O.V. Yanush, V.A. Milovidov, I.U. Halopenen "Variable transmission window for automatic regulation of lighting". Abstracts of International Symposia "Optical Thin Films on Glass", USA, Wheeling, West Virginia, October 18-21, 1998. P.37.; 2. I. Halopenen, O. Yanush, V. Milovidov "Smart laminated glasses for regulation of lighting". // Proceedings of the 6^th International Conference on Architectural and Automotive Glass - Glass Processing Days. - 1999. - P.324-326.; 3. O.V. Yanush, I.U. Halopenen, T. Markova, V.A. Milovidov, S.S. Kholchansky, R.E. Arutjunjan, I.K. Maksimov, H. Kawahara "Laminated glass with variable transmission for daylight regulation" // Proceedings of the 7^thInternational Conference on Architectural and Automotive Glass - Glass Processing Days. - 2001. - P.324-326).

Недостатком устройства по патенту США №6446402 является сложность многослойной конструкции, каждый из слоев которой обеспечивает изменение светопропускания в узком диапазоне температур, а также необходимость использовать защитные покрытия для повышения светостойкости, использование дополнительных поглощающих материалов, обеспечивающих нагрев остекления солнечным светом, но приводящих к снижению начального уровня светопропускания.

В патенте США №7525717, опубликованном 28.04.2009 по рубрикам МПК G02F 1/01, G02F 1/00, G09G 3/34, C07F 15/04, в патенте США №7538931, опубликованном 26.052009 по рубрикам МПК G02F 1/01, в патенте США №7542196, опубликованном 02.06.2009 по рубрикам МПК G02F 1/01, G02F 1/15, G09G 3/34; в заявках США: WO 2008/028099, опубликованной 06.03.2008 по рубрике МПК G02B 21/02; №2008/0105851, опубликованной 08.05.2008 по рубрике МПК G01K 11/16 и №2009/0283728, опубликованной 19.11.2009 по рубрике МПК G02B 5/23, описаны термохромные устройства, характеризующиеся обратимым изменением пропускания оптического излучения при изменении температуры, что достигается посредством использования слоев из термохромных материалов с обменом лигандами.

Материалы включают ионы не менее, чем одного переходного металла, которые испытывают термически индуцированные изменения химических связей в комплексе и/или координации лигандов вокруг иона переходного металла, что изменяет способность ионов поглощать энергию оптического излучения при изменении температуры.

Эти патенты в части описания и примеров имеют идентичное содержание. По существу в них представлен хорошо известный механизм одного из распространенных видов термохромного эффекта [Sone K, Fukuda Y Inorganic Thermochromism Berlin Springer-Verlag, 1987, 184p.], заключающийся в обратимом изменении с температурой состава и/или структуры комплексов переходного металла(-ов) в термохромном материале.

За прототип предлагаемого изобретения принят патент США №7525717 на изобретение «Многослойная термохромная система с обменом лигандами», опубликованный 28.04.2009 по индексам МПК G02F 1/01, G02F 1/00, G09G 3/34, C07F 15/04. В патенте предлагается термохромное устройство, изменяющее под воздействием температуры пропускание в видимом и/или ближнем инфракрасном диапазоне, включающее два термохромных слоя, изготовленных из полимеров, в частности поливинилбутираля, содержащих комплексы Со (II) и/или Ni (II) с концентрациями от 0,02 до 0,4 моль/кг полимера, а также галогениды, фосфины, фосфинаты, диолы, триолы и полиолы в качестве лигандов.

В прототипе и других патентах того же заявителя (патенты США 7542196, 7538931, заявка США №2009/0283728), галогениды некоторых металлов используются как источник лигандов, которые при повышении температуры должны переходить в состав комплекса переходного металла, приводя к термохромному эффекту.

Один из самых важных недостатков прототипа и других патентов того же заявителя (патенты США 7542196, 7538931, 6446402, 6084702, заявка США №2009/0283728) является необходимость производства термохромной полимерной пленки, которое является многостадийным процессом, включающим уникальный синтез термохромных комплексов, приготовление полимерной смеси, нанесение этой смеси на подложку (которая в устройстве прототипа должна быть обязательно плоская), высушивание этой смеси до почти полного обезвоживания образующейся термохромной пленки, герметизация триплекса в автоклаве при высоких температурах и давлениях. Необходимость осуществления всех перечисленных этапов ведет к высоким затратам электроэнергии, материалов и времени, и, как следствие, высокой себестоимости конечного продукта.

Недостаток прототипа и других патентов того же заявителя (патенты США 7542196, 7538931, 6446402, 6084702, заявка США №2009/0283728) состоит, кроме того, также и в том, что используются растворители, пластификаторы и полимеры, которые в большинстве случаев являются токсичными веществами (например, наиболее часто употребляемые: концентрированные кислоты (серная, соляная, бромоводородная, иодоводородная, муравьиная), щелочи (гидроксиды натрия и калия), перекись водорода (30%), гидрид натрия, бензилхлорид, 2,2-диметоксипропан, диэтиленгликоль, диметилфталат, гексахлорацетон, 2,2'-дипиридилкетон, 2-меркапто-5-метилбензимидазол, уретаны, поли-2-винилпиридин, полистирены, полиакриламид, поливинилметиловый эфир и др. Помимо этого в процессе изготовления термохромных слоев, в качестве источника лигандов используются токсичные галогениды металлов (Zn (II), Cd (II)), а также фосфины, фосфинаты, цианаты, тиоцианаты и др. Как уже упоминалось, в прототипе существует необходимость высокой степени обезвоживания полимерных термохромных слоев на основе поливинилбутираля, обусловленная тем, что при взаимодействии поливинилбутираля с водой образуется токсичный продукт - масляный альдегид (стр.33-34 прототипа).

Свойства веществ по их токсичности, применяемых при изготовлении термохромных слоев, широко известны для специалистов в данной области техники. Использованные нами источники информации, наиболее полно отражающие такие сведения: 1/ ГОСТ 12.1.007-76 «Классификация и общие требования безопасности»; 2/ «Вредные вещества в промышленности.» Справочник для химиков, инженеров и врачей. Изд. 7-е, пер. и доп.В трех томах. Под ред. Н.В. Лазарева и Э.Н. Левиной. Л., «Химия», 1976 г. 3/ Chemical and Other Safety Information: http://msds.chem.ox.ac.uk, опубликованная по материалам The Physical and Theoretical Chemistry Laboratory, Oxford University. 4/ Material Safety Data Sheet для различных веществ, Каталог 2010 года фирмы ChemExper Inc. 5/ Каталог фирмы Aldrich.http://www.sigmaaldrich.com/catalog/.

В Таблице 1 представлены сведения о токсичности наиболее широко используемых веществах в нашей заявке и в прототипе.

В отличие от прототипа, более половины (53%) используемых веществ которого относится к чрезвычайно и высоко опасным токсичным веществам (1 и 2 классов опасности, соответственно), большинство веществ, используемых в нашей заявке, относится к неопасным, малоопасным и умеренно опасным (веществам 4 и 3 классов опасности, соответственно).

Недостаток технологии изготовления термохромного слоя для устройств, описанных в прототипе, состоит в том, что требуются процедуры тщательной очистки исходных реагентов, а также промежуточных продуктов длительного многокомпонентного многостадийного синтеза (от 1 до 72 часов при 45-90°С) и конечного продукта - пленки - от примесей, в особенности, от примесей воды, удаление которых проводится в атмосфере инертного газа без примесей кислорода, либо в вакууме (прототип, пример №290), а промежуточные продукты после удаления растворителя досушиваются на «хроматографе на силикагеле» (прототип, с.129 поз.50, 65; с.130 поз.15, 30, 45, 60).

Другой недостаток технологии состоит в том, что в прототипе (п.5 формулы, а также описание на стр.35 - "Substrates") для усиления адгезии термохромного слоя к поверхностям подложек и разделительных слоев их приходится обрабатывать плазмой, коронным разрядом, либо озоном, что значительно усложняет технологию изготовления термохромного устройства.

Раскрытие изобретения.

Задача изобретения заключается в создании термохромного светорегулирующего и/или энергосберегающего устройства, в котором достигается упрощение технологии его производства за счет отсутствия необходимости изготовления термохромной полимерной пленки, гораздо меньшего числа стадий, сводящихся к одновременному смешению всех компонентов, заливке полученной термохромной композиции в межстекольное пространство стеклотриплекса (который может иметь любую, в том числе, неплоскую форму) и последующему фотоотверждению триплекса. Это позволит, в отличие от прототипа, существенно снизить энергозатраты и трудоемкость процесса изготовления термохромного триплекса, а значит, понизить себестоимость выпускаемой продукции. При изготовлении заявляемого термохромного устройства будет также достигаться улучшение свойств за счет использования материалов, отличающихся простотой синтеза, малой токсичностью в производстве, эксплуатации и утилизации, доступностью и дешевизной сырьевых материалов.

Использованный в новом техническом решении общий подход в выборе высокоэффективных термохромных материалов состоит в том, что выбираются материалы, в которых лигандами, как правило, являются молекулы компонентов растворителя, и/или пластификатора, и/или продукты их взаимодействия (молекулярные аддукты). В ряде случаев одни и те же лиганды с одним и тем же ионом переходного металла могут образовывать как низкопоглощающие, так и высокопоглощающие комплексы в зависимости от количества лигандов и симметрии их расположения вокруг иона переходного элемента.

В отличие от прототипа, используемые при синтезе термохромных материалов растворители участвуют в комплексообразовании в качестве лигандов сильного поля, формирующих комплексы переходных металлов с низкими силами осцилляторов и относительно коротковолновым расположением полос поглощения, обусловленных электронными переходами внутри d-оболочки (d-d-переходами). Такими лигандами являются в нашем случае молекулы воды, одноосновных спиртов, продукты взаимодействия молекул различных растворителей и пластификаторов (молекулярные аддукты), которые относятся к нетоксичным и/или малотоксичным веществам.

Использование таких лигандов позволяет достичь максимально высокого пропускания световых и тепловых потоков при низких температурах (ниже «пороговой» температуры 20-25°С, при которой начинается «срабатывание» термохромного устройства, то есть уменьшение величины пропускания при дальнейшем повышении температуры свыше 25°С) и эффективного уменьшения величины пропускания при увеличении температуры выше «пороговой».

В отличие от прототипа, в термохромном слое разработанного термохромного устройства используются комплексы переходных металлов с переносом заряда, полосы поглощения которых отличаются рекордно высокими силами осцилляторов, что обеспечивает высокую термохромную эффективность материала слоя в видимой и ультрафиолетовой (УФ) областях спектра оптического излучения [Sone К, Fukuda Y Inorganic Thermochromism Berlin Springer-Verlag, 1987, 184p, Ливер Э Электронная спектроскопия неорганических соединений, М., Мир, 1987. Т. 1-2].

Упрощение технологического процесса изготовления термохромного устройства, по сравнению с прототипом, достигается следующими средствами:

1. Отсутствие необходимости изготовления термохромной полимерной пленки.

2. Использование готовых и легкодоступных реактивов, а также объединение всех стадий синтеза в одну, сводящуюся к смешению всех компонентов и прогреву при температурах 60-80°С в течение менее 10 минут, что значительно сокращает время контакта персонала с реактивами, с последующим заполнением межстекольного пространства триплекса приготовленным составом и последующей его полимеризацией под действием УФ-излучения.

2. Исключение стадий получения промежуточных продуктов длительного многокомпонентного многостадийного синтеза, а также процедур очистки исходных реагентов и конечных продуктов (термохромных слоев, образованных на основе фотоотверждаемых композиций) от примесей воды, которая в заявляемом устройстве, как правило, является неотъемлемым компонентом термохромных материалов, и от других примесей, поскольку они не оказывают влияния на термохромные и другие свойства материалов.

3. Упрощение технологического процесса изготовления триплекса в заявляемом устройстве достигается также благодаря меньшему, по сравнению с прототипом, числу стадий, сводящихся к синтезу термохромной композиции, заливке и ее фотоотверждению. В отличие от прототипа, использование термохромной фотоотверждаемой композиции позволяет упростить технологию изготовления термохромного устройства, благодаря отсутствию стадий изготовления полимерной пленки, ее сушки, а также триплексования в автоклаве при повышенных температурах и давлении.

4. Использование слоев фотоотверждаемой композиции с постоянным или переменным светопоглощением для создания прослоек между различными термохромными слоями (образованными водорастворимым полимером на основе винила) заявляемого устройства без дополнительной обработки поверхностей соединяемых слоев плазмой, коронным разрядом, либо озоном, как это делается в прототипе (см. прототип: п.5 формулы, а также описание на стр.35 - "Substrates").

Поставленная задача изобретения решается в светорегулирующем термохромном устройстве, в котором используются оригинальные составы термохромного материала в виде термохромной фотоотверждаемой композиции. При этом термохромные слои изготавливаются способом фотоотверждения, в основном с использованием подложек, выполненных из стекла, а также подложек, выполненных из полиэтилентерефталата, поликарбоната, полипропилена, или полиэтилена. При этом, в отличие от прототипа, где в межстекольный промежуток помещалась предварительно изготовленная термохромная пленка определенной толщины, выпуск которой весьма сложен. Помимо этого использование пленки дополнительно накладывало жесткие требования на качество поверхности стекол, поверхность не должна была отклоняться от плоскостности более, чем на 5% от толщины пленки в разработанном устройстве прототипа. Жидкая фотоотверждаемая композиция заявляемого нами устройства заполняет неровности, резко снижая прецизионные требования к качеству поверхностей стекол триплексов. Помимо этого появляется новая возможность создания элементов средового дизайна сложной конфигурации: «колпаков», «козырьков», элементов сферической формы, стеклянных скульптур и т.п., что было недостижимым при использовании пленочной технологии прототипа.

Светорегулирующее термохромное устройство включает, по меньшей мере, две светопропускающих подложки и, по меньшей мере, один термохромный слой, обратимо изменяющий пропускание световых и тепловых потоков при изменении его температуры в видимой и/или ближней ИК областях спектра, в котором, в отличие от прототипа, термохромный слой выполнен из термохромного материала, представляющего собой фотоотверждаемую композицию на основе смесей мономеров и олигомеров производных ненасыщенных кислот, содержащую комплексы переходных металлов и галогениды щелочных и/или щелочноземельных металлов.

Эти материалы обладают высокой термохромной эффективностью (Табл. 2 (примеры 1-21, фигуры 1-20)).

Термохромное устройство может содержать, по меньшей мере, один растворитель или пластификатор. Использование растворителя или пластификатора приводит к повышению эффективности светорегулирования (Табл. 2, примеры 4-21, фигуры 4-20).

Термохромный материал дополнительно содержит нитрофенолы.

Это дает возможность расширить цветовую гамму термохромных переходов при сохранении и повышении светостойкости материала и обеспечить дополнительную защиту помещения от ультрафиолетового (УФ) излучения (Табл. 2, пример 21).

Термохромный слой выполняется из термохромного материала, содержащего комплексы металлов с переносом заряда.

Такие составы способствуют повышению термохромной эффективности заявляемого термохромного устройства, благодаря известной высокой величине молярных коэффициентов экстинкции полос поглощения, что дает возможность эффективно отсекать УФ излучение в области 200-400 нм (Табл. 2, примеры 7, 14-16, 19, 20 фигуры 7, 12, 13, 15, 19, 20) без использования УФ-абсорберов и УФ-стабилизаторов, без которых не обходится большинство примеров термохромных слоев, указанных в прототипе (стр.37, 38 прототипа. Examples 245, 254-280, 282, 286-294).

Светорегулирующее термохромное устройство содержит, по меньшей мере, один Термохромный слой из термохромного материала с неоднородной по площади окраской. Такое исполнение устройства целесообразно для использования в элементах средового дизайна.

Термохромный материал может представлять собой нетоксичную, либо малотоксичную композицию (Табл. 2. примеры 2, 3, фигуры 2, 3). Данное условие необходимо ввиду использования термохромных устройств для жилых помещений и для других целей, предполагающих контакт человека с устройством.

Светорегулирующее термохромное устройство удобно для использования, поскольку позволяет существенно расширить цветовую гамму термохромных переходов.

Светорегулирующее термохромное устройство может дополнительно включать, по меньшей мере, один полимерный слой, представляющий собой фотоотверждаемую композицию на основе смесей мономеров и олигомеров производных ненасыщенных кислот, с постоянным светопоглощением, содержащий комплексы переходных металлов и галогениды щелочных и/или щелочноземельных металлов, либо нитрофенолы, либо азокрасители, либо их комбинации.

Примеры составов и оптические свойства материала полимерных слоев с постоянным светопоглощением представлены в Таблице 3 (примеры 22-129, фигуры 22-122).

Полимерный слой с постоянным светопоглощением может содержать, по меньшей мере, один растворитель или пластификатор.

Использование растворителя или пластификатора приводит к повышению растворимости галогенидов переходных, а также щелочных и/или щелочноземельных металлов и расширению цветовой гаммы (Табл. 3, примеры 104-129, фигуры 99-122).

Полимерный слой с постоянным светопоглощением может представлять собой нетоксичную, либо малотоксичную композицию (Табл. 3, примеры 22, 23, 25, 29-31, 36, 48-50, 52-56, 82-84, 90, 100, 104, 110, 111, фигуры 22, 23, 25, 29-31, 36, 48, 49, 51-53, 79-81, 87, 95, 99, 105, 106, соответственно; примеры из Варианта №1: Табл. 2, примеры 2, 3, фигуры 2, 3). Данное условие необходимо ввиду использования термохромных устройств для жилых помещений и для других целей, предполагающих контакт человека с устройством.

Полимерный слой с постоянным светопоглощением выполняется из материала, содержащего комплексы металлов с переносом заряда.

Такие составы дают возможность эффективно отсекать УФ в области 200-400 нм (Табл. 3, примеры 22, 23, 25, 27, 36, 43-46, 48-50, 52 - 56, 61-84, 86, 87, 93-99, 101-103, 106, 109, 112-116, 122, 126, 127, фигуры 22, 23, 25, 27, 36, 43-46, 48, 49, 51-53, 58-79, 80, 81, 83, 84, 88-94, 96-98, 101, 104, 107-111, 115, 119, 120, примеры: Табл. 2, примеры 7, 14-16, 19, 20, фигуры 7, 12, 13, 15, 19, 20) без использования УФ-абсорберов и УФ-стабилизаторов, без которых не обходится большинство примеров термохромных слоев, указанных в прототипе (стр.37, 38 прототипа, Examples 245, 254-280, 282, 286-294).

Кроме того, использование комплексов переходных металлов с переносом заряда позволяет расширить цветовую гамму термохромных устройств, в особенности, создать слои бронзового и серого цветов, благодаря поглощению в центре видимого диапазона 500-550 нм (Табл. 3, примеры 84, 93, 94, фигуры 81, 88, 89, а также см. примеры: (Табл. 2, пример 2, фигура 2).

Полимерный слой с постоянным или переменным светопоглощением может иметь неоднородную по площади окраску. Такое исполнение устройства целесообразно для использования в элементах средового дизайна.

Светорегулирующее термохромное устройство может включать, по меньшей мере, одну прослойку между термохромным слоем и подложкой и/или слоями с постоянным или переменным светопоглощением, изготовленную из фото-, либо термо-, либо химически отверждаемой композиции на основе смесей мономеров и олигомеров производных ненасыщенных кислот, либо прослойку, изготовленную из водорастворимого полимера на основе винила, содержащую, по меньшей мере, один пластификатор и комплексы переходных металлов, включающие компоненты растворителя или пластификатора и/или галогенидов, или их смесь. Использование таких слоев между термохромными слоями дает возможность расширить гамму цветовых переходов.

Термохромное устройство по всем вариантам удобно для использования, благодаря тому, что термохромный слой, а также слой с постоянным или переменным светопоглощением не вытекает из пространства между подложками в случае появления трещин при разрушении термохромного устройства (стеклопакета) и не оказывает гидростатического давления на подложки.

В отличие от прототипа, использование термохромного слоя в виде фотополимеризующегося слоя по всем вариантам позволяет упростить технологию изготовления термохромного устройства, благодаря отсутствию стадий уникального синтеза, а также стадий изготовления термохромной полимерной пленки и ее триплексования в автоклаве при повышенных температурах и давлении.

Преимущество выполнения термохромного слоя в виде фотоотверждаемого слоя в заявляемом устройстве заключается в возможности использования стандартного промышленного оборудования и стандартной технологии, применяемых при изготовлении фотоотверждаемых стеклотриплексов.

В отличие от прототипа, упрощение технологического процесса изготовления термохромного устройства достигается за счет исключительного использования готовых и легкодоступных реактивов, а также объединения всех стадий синтеза в одну, сводящуюся к смешению всех компонентов и прогреву при температурах 60-80°С в течение относительно непродолжительного времени (максимум - в течение 0.5 часа) с последующим заполнением межстекольного пространства триплекса приготовленным составом и последующей его полимеризацией под УФ-излучением.

Использование фотоотверждаемых термохромных слоев по всем вариантам позволяет свести процесс триплексования к внесению фотоотверждаемой композиции в промежуток толщиной от 0.01 мм (между слоем и подложкой, либо между различными слоями) и последующей полимеризации в течение 15-40 мин, что существенно упрощает и удешевляет технологию изготовления заявляемого термохромного устройства, по сравнению с прототипом. Кроме того, использование таких фотоотверждаемых слоев дает возможность расширить гамму цветовых переходов.

Заявляемое термохромное устройство отличается максимальной простотой изготовления термохромного материала. Процедура изготовления по всем вариантам сводится к одновременному смешению компонентов и кратковременному прогреву смеси. При этом, в отличие от прототипа, отсутствуют стадии предварительного сложного синтеза термохромных комплексов, изготовления полимерной пленки, а также триплексования в автоклаве при повышенных температурах и давлении.

Применение светорегулирующего термохромного устройства при выполнении полимерных слоев с переменным или постоянным светопоглощением является целесообразным и единственно возможным в промежутках между подложками неплоской формы.

Лучшие варианты осуществления изобретения.

В Таблице 2 приведены рецептуры составов и оптические свойства материала термохромного слоя, изготовленного в виде фотоотверждаемого слоя с переменным светопоглощением.

Аналогичные примеры добавления нитрофенолов с целью расширения цветовой гаммы термохромных переходов при сохранении, либо увеличении светостойкости материала и обеспечения дополнительной защиты помещения от УФ-излучения, в соответствии с пунктом 3 формулы, могут быть получены путем сложения спектра нитрофенола (Фиг.21 (концентрация пикриновой кислоты - 0.01 моль/л, толщина слоя - 1 мм)) со спектрами термохромных слоев (примеры 1-20) по пунктам 1-2 формулы.

Примеры к пункту 4 формулы, касающиеся термохромных слоев по п.1 формулы, содержащих комплексы металлов с переносом заряда, - 2, 7, 14-20.

Примеры к пункту 5 формулы могут быть получены комбинациями термохромных слоев, описанных в примерах 1-129 (к пунктам 1-12 формулы) в соответствии с Примерами №2-5 изготовления термохромного устройства. Примеры к пункту 6 формулы - 2, 3.

В Таблице 3 приведены рецептуры составов и оптические свойства материала слоя с постоянным светопропусканием.

Аналогичные примеры добавления нитрофенолов и азокрасителей с целью расширения цветовой гаммы термохромных переходов при сохранении, либо увеличении светостойкости материала и обеспечения дополнительной защиты помещения от УФ-излучения, в соответствии с пунктом 7 формулы, могут быть получены путем сложения спектров нитрофенола (Фиг.90-92), а также азокрасителя (Фиг.94, 95) со спектрами слоев с постоянным светопропусканием (примеры 22-94, 101-103) по пункту 7 формулы.

Примеры к пункту 9 формулы - 22, 23, 25, 29-31, 36, 48-50, 52-56, 82-84, 90, 100, 105, 106, 110-115.

Примеры к пункту 10 формулы, касающиеся слоев с постоянным светопропусканием по п.7 формулы, содержащих комплексы металлов с переносом заряда, - 22, 23, 25, 27, 36, 43-46, 48-50, 52-56, 61-84, 86, 87, 93-98, 101-103, 105, 106, 109, 112-116, 122, 126-128, фигуры 22, 23, 25, 27, 36, 43-46, 48, 49, 51-53, 58-81, 83, 84, 88-93, 96-98,100, 101,104, 107-111, 112, 115, 119-121.

Примеры к пунктам 11, 12 формулы могут быть получены с использованием слоев, описанных в примерах 1-129 в соответствии с Примерами №2 - 5 изготовления термохромного устройства.

Как видно из таблицы 2, термохромный материал, изготовленный из представленных примеров композиций, обладает высокой термохромной эффективностью (D⁷⁰/D²⁰), под которой понимается отношение оптических плотностей на данной длине волны, достигаемых при высокой (60-85°С) и низкой (20-25°С) температурах, что объясняется тем, что разработанный новый термохромный материал в качестве неотъемлемого компонента содержит воду, которая является лигандом сильного поля, что необходимо для оптимизации термодинамических параметров реакции термохромного перехода с целью достижения высокой термохромной эффективности. Использование воды предпочтительно также с точки зрения экологической и пожарной безопасности производства и эксплуатации термохромного устройства.

Технология производства заявляемого термохромного устройства отличается от технологии производства прототипа простотой и дешевизной за счет объединения всех стадий синтеза термохромного слоя в одну (смешение всех компонентов (растворители, соединения переходных, щелочных и щелочноземельных металлов, полимеры и пластификаторы)) с последующим заполнением промежутка между подложками и фотоотвреждением по Вариантам №1 и №2.

Преимущество выполнения термохромного слоя в виде фотоотверждаемой композиции в заявляемом нами устройстве заключается в возможности использования стандартного промышленного оборудования и стандартной технологии, применяемых при изготовлении стеклотриплексов. В отличие от термохромных устройств прототипа, упрощение технологического процесса изготовления разработанного нами термохромного устройства достигается за счет исключительного использования готовых и легкодоступных реактивов, а также объединения всех стадий синтеза в одну, сводящуюся к смешению всех компонентов и прогреву при температурах 60-80°С в течение менее 10 минут с последующим заполнением межстекольного пространства триплекса приготовленным составом и последующей его полимеризацией под УФ-излучением.

Краткое описание чертежей.

На чертежах представлены графики спектров оптической плотности слоя с переменным светопоглощением (при двух температурах), либо с постоянным светопоглощением (при 20°С). По горизонтальной оси (оси абсцисс) отложены длины волн в нанометрах λ (нм), а по вертикальной оси (оси ординат) - величины оптической плотности D=lg (100/Т), где Т - пропускание слоя с переменным либо с постоянным светопоглощением.

Спектры приведены к толщине поглощающего слоя 1 мм. На всех фигурах спектры с меньшими значениями оптической плотности (на длине волны, указанной в Таблице 2), отвечают температуре 20°С, а спектры с большими значениями оптической плотности отвечают температуре 60°С, за исключением Фигуры 2, для которой, наоборот, спектру с меньшими значениями оптической плотности отвечает температура 60°С, а спектру с большими значениями оптической плотности отвечает температура 20°С.

На Фиг.1 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 1 (Табл. 2).

На Фиг.2 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 2 (Табл. 2).

На Фиг.3 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 3 (Табл. 2).

На Фиг.4 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 4 (Табл. 2).

На Фиг.5 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 5 (Табл. 2).

На Фиг.6 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 6 (Табл. 2).

На Фиг.7 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 7 (Табл. 2).

На Фиг.8 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 9 (Табл. 2).

На Фиг.9 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 11 (Табл. 2).

На Фиг.10 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 12 (Табл. 2).

На Фиг.11 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 13 (Табл. 2).

На Фиг.12 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 14 (Табл. 2).

На Фиг.13 представлены спектры поглощения в УФ и видимом диапазонах термохромного материала, описанного в примере 15 (Табл. 2). В верхней части рисунка кривые спектров поглощения умножены на коэффициент, равный 8.

На Фиг.14 представлены спектры поглощения в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне термохромного материала, описанного в примере 15 (Табл. 2).

На Фиг.15 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 16 (Табл. 2). В верхней части рисунка кривые спектров поглощения умножены на коэффициент, равный 10.

На Фиг.16 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 17 (Табл. 2).

На Фиг.17 представлены спектры поглощения в УФ и видимом диапазонах термохромного материала, описанного в примере 18 (Табл. 2).

На Фиг.18 представлены спектры поглощения в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне термохромного материала, описанного в примере 18 (Табл. 2).

На Фиг.19 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 19 (Табл. 2). В верхней части рисунка кривые спектров поглощения умножены на коэффициент, равный 10.

На Фиг.20 представлены спектры поглощения термохромного материала, описанного в примере 20 (Табл. 2).

На Фиг.21 представлен спектр поглощения раствора пикриновой кислоты (Табл. 2). Спектр приведен к концентрации пикриновой кислоты 0.01 моль/л и толщине поглощающего слоя 1 мм. Спектр был измерен при 20°С.

На Фиг.22 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 22 (Табл. 3).

На Фиг.23 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 23 (Табл. 3).

На Фиг.24 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 24 (Табл. 3).

На Фиг.25 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 25 (Табл. 3).

На Фиг.26 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 26 (Табл. 3).

На Фиг.27 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 27 (Табл. 3).

На Фиг.28 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 28 (Табл. 3).

На Фиг.29 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 29 (Табл. 3).

На Фиг.30 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 30 (Табл. 3).

На Фиг.31 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 31 (Табл. 3).

На Фиг.32 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 32 (Табл. 3).

На Фиг.33 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 33 (Табл. 3).

На Фиг.34 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 34 (Табл. 3).

На Фиг.35 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 35 (Табл. 3).

На Фиг.36 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 36 (Табл. 3).

На Фиг.37 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 37 (Табл. 3).

На Фиг.38 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 38 (Табл. 3).

На Фиг.39 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 39 (Табл. 3).

На Фиг.40 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 40 (Табл. 3).

На Фиг.41 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 41 (Табл. 3).

На Фиг.42 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 42 (Табл. 3).

На Фиг.43 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 43 (Табл. 3).

На Фиг.44 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 44 (Табл. 3).

На Фиг.45 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 45 (Табл. 3).

На Фиг.46 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 46 (Табл. 3).

На Фиг.47 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 47 (Табл. 3).

На Фиг.48 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 48 (Табл. 3).

На Фиг.49 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 49 (Табл. 3).

На Фиг.50 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 51 (Табл. 3).

На Фиг.51 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 54 (Табл. 3).

На Фиг.52 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 55 (Табл. 3).

На Фиг.53 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 56 (Табл. 3).

На Фиг.54 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 57 (Табл. 3).

На Фиг.55 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 58 (Табл. 3).

На Фиг.56 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 59 (Табл. 3).

На Фиг.57 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 60 (Табл. 3).

На Фиг.58 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 61 (Табл. 3).

На Фиг.59 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 62 (Табл. 3).

На Фиг.60 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 63 (Табл. 3).

На Фиг.61 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 64 (Табл. 3).

На Фиг.62 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 65 (Табл. 3).

На Фиг.63 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 66 (Табл. 3).

На Фиг.64 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 67 (Табл. 3).

На Фиг.65 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 68 (Табл. 3).

На Фиг.66 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 69 (Табл. 3).

На Фиг.67 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 70 (Табл. 3).

На Фиг.68 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 71 (Табл. 3).

На Фиг.69 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 72 (Табл. 3).

На Фиг.70 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 73 (Табл. 3).

На Фиг.71 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 74 (Табл. 3).

На Фиг.72 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 75 (Табл. 3).

На Фиг.73 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 76 (Табл. 3).

На Фиг.74 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 77 (Табл. 3).

На Фиг.75 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 78 (Табл. 3).

На Фиг.76 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 79 (Табл. 3).

На Фиг.77 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 80 (Табл. 3).

На Фиг.78 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 81 (Табл. 3).

На Фиг.79 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 82 (Табл. 3).

На Фиг.80 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 83 (Табл. 3).

На Фиг.81 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 84 (Табл. 3).

На Фиг.82 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 85 (Табл. 3).

На Фиг.83 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 86 (Табл. 3).

На Фиг.84 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 87 (Табл. 3).

На Фиг.85 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 88 (Табл. 3).

На Фиг.86 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 89 (Табл. 3).

На Фиг.87 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 90 (Табл. 3).

На Фиг.88 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 93 (Табл. 3).

На Фиг.89 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 94 (Табл. 3).

На Фиг.90 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 95 (Табл. 3).

На Фиг.91 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 96 (Табл. 3).

На Фиг.92 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 97 (Табл. 3).

На Фиг.93 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 98 (Табл. 3).

На Фиг.94 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 99 (Табл. 3).

На Фиг.95 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 100 (Табл. 3).

На Фиг.96 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 101 (Табл. 3).

На Фиг.97 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 102 (Табл. 3).

На Фиг.98 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 103 (Табл. 3).

На Фиг.99 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 104 (Табл. 3).

На Фиг.100 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 105 (Табл. 3).

На Фиг.101 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 106 (Табл. 3).

На Фиг.102 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 107 (Табл. 3).

На Фиг.103 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 108 (Табл. 3).

На Фиг.104 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 109 (Табл. 3).

На Фиг.105 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 110 (Табл. 3).

На Фиг.106 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 111 (Табл. 3).

На Фиг.107 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 112 (Табл. 3).

На Фиг.108 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 113 (Табл. 3).

На Фиг.109 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 114 (Табл. 3).

На Фиг.110 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 115 (Табл. 3).

На Фиг.111 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 116 (Табл. 3).

На Фиг.112 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 117 (Табл. 3).

На Фиг.113 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 118 (Табл. 3).

На Фиг.114 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 121 (Табл. 3).

На Фиг.115 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 122 (Табл. 3).

На Фиг.116 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 123 (Табл. 3).

На Фиг.117 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 124 (Табл. 3).

На Фиг.118 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 125 (Табл. 3).

На Фиг.119 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 126 (Табл. 3).

На Фиг.120 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 127 (Табл. 3).

На Фиг.121 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 128 (Табл. 3).

На Фиг.122 представлены спектры поглощения полимерного слоя с постоянным светопоглощением, описанного в примере 129 (Табл. 3).

Изготовление термохромного устройства осуществляется следующим образом:

Пример №1. Изготовление термохромного устройства в соответствии с пунктами 1-12 формулы.

Все компоненты термохромной композиции в исходных количествах (рецептура приведена в Таблице 2 (примеры 1-21)) одновременно смешивают. Композиции для получения слоя с постоянным светопропусканием на основе фотоотверждаемой композиции готовят аналогично (Таблица 3 (примеры 22-129). В качестве фотоотверждаемой композици используют композицию на основе смесей мономеров и олигомеров производных ненасыщенных кислот, например "UV-11". Затем полученную смесь прогревают при 60-80°С с обратным холодильником и при непрерывном перемешивании менее 10 минут до полного растворения компонентов (до исчезновения осадка). Полученный состав охлаждают до температуры, отвечающей приемлемой вязкости, и заливают в заранее изготовленный однокамерный или многокамерный стеклопакет, камеры которого образованы листами стекла, либо листами полимера, предпочтительно, с прозрачностью не менее 90-92% и которые могут быть упрочнены фиксаторами толщины зазора, и герметизируют. Концентрации компонентов и толщину слоев подбирают, исходя из необходимости достижения желаемой цветовой гаммы и степени потемнения при срабатывании. Фотоотверждение ведут по стандартной технологии в течение 15-40 минут до отвердевания слоя.

С целью получения дополнительной по отношению к приведенным примерам (Табл. 2 и 3) цветовой гаммы термохромные слои могут быть объединены в многослойный триплекс, содержащий полимерные слои с постоянным или переменным светопоглощением на основе фото-, термо- или химически отверждаемой композиции на основе смесей мономеров и олигомеров производных ненасыщенных кислот (по пунктам 1-12 формулы), либо изготовленные из водорастворимого полимера на основе винила, содержащие, по меньшей мере, один пластификатор и комплексы переходных металлов, включающие компоненты растворителя или пластификатора и/или галогенидов, или их смесь.

На базе описанного однослойного или многослойного термохромного триплекса собирают оконный стеклопакет по общеизвестной технологии, содержащий промежуток, заполненный воздухом или инертным газом, а также содержащий низкоэмиссоннное покрытие (Low E), нанесенное с целью предохранения его от повреждения на одну из внутренних поверхностей стеклопакета. Такая конструкция обеспечивает автоматическое регулирование освещенности помещения, а также энергосберегающий эффект при использовании заявляемого нами термохромного устройства в качестве оконного стеклопакета или структурного остекления стен.

Энергосберегающий эффект достигается благодаря тому, что в холодное время года (зимой) термохромный слой, оптимизированный на «срабатывание» в диапазоне температур выше «комфортной» (20-25°С), остается высокопропускающим. Поэтому, солнечные свет и тепло беспрепятственно проникают через окно внутрь помещения, либо при использовании конструкции в качестве «структурного» остекления (вместо штукатурки) попадают на стену здания и нагревают ее. Поскольку нагретые стена и помещение излучают тепло в далеком ИК диапазоне (10 мкм), то низкоэмиссионное покрытие не выпускает его наружу, обеспечивая энергосбережение. В теплое время года (летом) при использовании этой конструкции в качестве оконного остекления термохромный слой «срабатывает», его пропускание света и тепла уменьшается. При этом достигается автоматическое регулирование освещенности в помещении, а вся солнечная энергия, поглощенная термохромным слоем, приводит к его нагреву и излучается в далеком ИК диапазоне и, следовательно, отражается наружу низкоэмиссионным покрытием, нанесенным на одну из внутренних по отношению к помещению поверхностей конструкции. При использовании этой конструкции в качестве «структурного» остекления летом вся солнечная энергия, поглощаемая термохромным слоем, отражается наружу в далеком ИК диапазоне, не создавая слепящего эффекта, в отличие от известных солцезащитных устройств с постоянным отражением.

Пример №2. Изготовление термохромного устройства (пп.5, 11, 12 формулы).

Готовят однослойный либо многослойный термохромный триплекс согласно Примеру №1 изготовления термохромного устройства. При этом, по крайней мере, один из слоев составлен (выполнен) в виде мозаичной картины (или витража) из кусков слоя различной термохромной эффективности и/или цвета, что обеспечивает неоднородную по площади окраску термохромного устройства и изменение сюжета витража в зависимости от освещенности и погодных условий.

Пример №3. Изготовление термохромного устройства (п.5, п.11, п.12 формулы).

Витражи, подписи и т.п.могут быть созданы путем нанесения термохромных надписей или быть созданы путем последовательного фотоотверждения элементов дизайна через соответствующие трафареты, замены нефотоотвержденной композиции на новую, например другого цвета, также фотоотверждаемую через (или без) соответствующий трафарет и т.д.

Пример №4. Изготовление термохромного устройства (пп.5, 11, 12 формулы).

Готовят однослойный либо многослойный термохромный стеклопакет согласно Примеру №1 изготовления термохромного устройства. При этом, по меньшей мере, одна из подложек стеклопакета (триплекса) содержит прозрачное токопроводящее покрытие, обеспечивающее неравномерный по площади нагрев термохромного слоя или термохромных слоев, приводящий к неоднородной по площади окраске термохромного устройства, которая изменяется или не изменяется во времени.

Промышленная применимость.

Представленные примеры изготовления заявленного продукта показывают, что технологический процесс изготовления термохромных устройств упрощается, по сравнению с известными решениями в данной области, а также показывают особенную доступность создания готовых изделий, включающих стеклянные и полимерные поверхности (подложки) сложной конфигурации, что особенно важно при изготовлении стеклянных или полимерных колпаков, фонарей и т.п. В предлагаемых вариантах нового изобретения, как правило, используются нетоксичные или малотоксичные вещества. В том числе достигается снижение токсичности производства и эксплуатации, упрощается технологический процесс за счет уменьшения числа стадий синтеза и изготовления (ламинирования) термохромных слоев. Наиболее выгодным на сегодняшний день направлением использования разработанного нами энергосберегающего светорегулирующего термохромного остекления (ЭСТО) в целях энергосбережения представляется его применение в качестве внешнего остекления в составе стеклопакета с покрытием Low E.

Составы ЭСТО оптимизированы таким образом, что при температурах, меньших 20°C (например, зимой), достигается максимальное поступление света и тепла в помещение, способствуя снижению расходов на отопление. Летом, при температурах, больших 20°С, наоборот, ЭСТО будет уменьшать поступление света и тепла в помещение, тем самым снижая затраты на кондиционирование и устраняя избыточную освещенность.

В целом, преимуществами ЭСТО являются: автоматический автономный режим регулирования солнечного излучения без энергопотребления и систем регулирования, источников питания; отсутствие отражения света в видимом диапазоне (отсутствие слепящего эффекта); относительные простота технологии производства, дешевизна, нетоксичность и доступность сырья.

Долговечность ЭСТО составляет более 10 лет, а его стоимость намного ниже в сравнении с аналогами, наиболее близкими по свойствам.

Реферат

Изобретение относится к светорегулирующему термохромному устройству, включающему по меньшей мере две светопропускающих подложки и по меньшей мере один термохромный слой, обратимо изменяющий пропускание световых и тепловых потоков при изменении его температуры в видимой и/или ближней ИК областях спектра. При этом термохромный слой выполнен из термохромного материала, представляющего собой фотоотверждаемую композицию на основе смесей мономеров и олигомеров производных ненасыщенных кислот, содержащую комплексы переходных металлов, галогениды щелочных и/или щелочноземельных металлов. Использование настоящего изобретения позволяет упростить технологию производства, снизить энергозатраты и трудоемкости процесса изготовления термохромного триплекса, понизить его себестоимости. Изготовление устройства отличается малой токсичностью в производстве, доступностью и дешевизной сырьевых материалов. 11 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 пр., 122 ил.

Формула