CN100409093C - 智能化光屏蔽薄膜材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能化光屏蔽薄膜材料的制备方法，属于液晶应用领域。使用具有近晶相到手征向列相相转变的液晶，将近晶相液晶分子垂直于基体的排列方式固定下来，使其在近晶相时呈现光透明态，在温度高于近晶相到手征向列相相转变温度后，在手征向列相时，分子排列呈焦锥织构，呈现非透明态；两种状态随温度的变化可以自动转换。本发明的优点在于：可以实现光的自动通过与隔断。低温下保持透明态，可以使光通过，提高室内温度；温度高时，自动隔断太阳光，保持室内温度，从而有利于能源的节省；与传统的PDCL薄膜相比，无须人为控制，也没有额外的驱动，更加智能化和节约化。
Description
技术领域
本发明属于液晶应用领域，特别是提供了一种智能化光屏蔽薄膜材料的制备方法，适用于制备一种随温度调节光的通过与阻断的智能光屏蔽薄膜材料。
背景技术
液晶相是一种介于固态和液态的相态，液晶既具有固体的各向异性又具有液体的流动性，这种特有的性质为我们提供了很多应用选择。液晶在我们日常生活过程中有着广泛的应用，如液晶显示、液晶聚合物等等。
液晶/高分子薄膜复合材料也得到了广泛的应用。聚合物分散液晶(PolymerDispersed Liquid Crystals：PDLC)就是其中一类，也是用于制备智能玻璃的重要材料。PDLC是将液晶以微滴的形式分散在聚合物基体中得到一种薄膜复合材料(J.L.Fergason，US Put.，1984，4 435 047)。由于液晶微滴的有效折射率和聚合物基体的折射率不匹配，这种材料在无电场的作用下呈现乳白色的不透明态，当施加一个合适的电场后，液晶分子垂直基片排列，如果此时液晶长轴的折射率和聚合物基体的折射率相当，则呈现透明态。使用柔软的导电膜作为基片制备PDLC膜，然后将其与玻璃复合就可以得到电控智能玻璃，通过电场的开关来控制光的透过和隔断，从而实现透明和非透明态的转换。使用此玻璃可以有效的调控光的通过，可以隔断太阳光辐射，有效的降低空调的负荷，达到节能目的。
日本、韩国和美国在此种电控智能玻璃技术的研发和产业化方面处于世界的领先位置。由于电控智能玻璃拥有较高的技术含量，成品价格较高，目前属于高档消费物品。
虽然电控智能玻璃具有节能化和智能化的特点，但是在透明状态下需要施加一个持续的电场，从而需要额外的能源消耗，没有实现完全意义上的节能，同时，其透明态的转换需要人为控制电场的开关，在一些场合下电控智能玻璃不能完全满足我们的需要。
本发明提供了制备一种智能化光屏蔽薄膜材料的方法，制备的薄膜材料随温度变化自动调节光的通过和隔断，具有智能化和节能性。当温度低时，它呈透明态，光线可以透过；当温度高时，呈不透明态，隔断光线，继而阻断了光的热辐射。温度降低时又可以由不透明态转变为透明态。转变过程无需人为控制，也不需要额外的驱动，真正实现了智能和节能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能化光屏蔽薄膜材料的制备方法，获得了一种随温度改变自动调节光的通过与隔断的智能化光屏蔽薄膜材料，从而达到保护环境和节约能源的效果。
本发明的关键是使用具有近晶相到手征向列相相转变的液晶，将近晶相液晶分子垂直于基体的排列方式固定下来，使其在近晶相时呈现光透明态，在温度高于近晶相到手征向列相相转变温度后，即在手征向列相时，分子排列呈焦锥织构，呈现非透明态。两种状态随温度的变化可以自动转换。
在液晶中添加的手性添加剂，手性添加剂的质量浓度在0.1％～20％，同时此液晶在温度低于晶相到手征向列相转变温度下呈近晶相，温度高于近晶相到手征向列相转变温度Tn时转化为手征向列相，Tn的范围在0℃～80℃。没有取向处理的近晶相液晶会呈现非透明态。当液晶分子垂直基体排列，对光无散射作用，呈现透明态。随着温度升高到Tn后，液晶由近晶相转为手征向列相，分子呈焦锥排列，对入射光有强烈的散射作用，此时薄膜呈现非透明态；温度降低回到近晶相后，液晶分子恢复垂直排列，重新呈现透明态，从而实现温控光开关的效果。
为了实现近晶相液晶的垂直排列，可以有如下两种方法：
1)在近晶相液晶中添加丙烯酸酯类可聚合单体或乙烯基类可聚合单体，可聚合单体的质量浓度在0.1％～30％。对近晶相液晶施加一个电场，电场的范围在0V～200V，这个电场所加电压值应保证使薄膜呈透明态，此时近晶相液晶中的分子垂直于基体排列。然后使可聚合单体发生聚合，形成高分子网络，将近晶相液晶的分子垂直排列固定下来，使薄膜在室温下保持透明态。薄膜从手征向列相回到近晶相后，受高分子网络的作用，液晶分子重新垂直排列，从而制备出温控智能光屏蔽薄膜材料。
2)对基体表面进行垂直取向处理，受表面垂直取向的作用，近晶相液晶分子垂直基体排列，从手征向列相返回近晶相仍可以保持垂直排列，达到保持近晶相液晶分子垂直取向排列的目的。
本发明的优点在于：可以实现光的自动通过与隔断。低温下保持透明态，可以使光通过，提高室内温度；温度高时，自动隔断太阳光，保持室内温度，从而有利于能源的节省；与传统的PDCL薄膜相比，无须人为控制，也没有额外的驱动，更加智能化和节约化。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。低温下，近晶相液晶分子垂直于基片排列，呈透明态；当温度高于特定值Tn时，液晶由近晶相转变为手征向列相，分子呈焦锥排列，为强烈光散射态，呈不透明态。两种状态随温度的变化相互转换。
图2随温度变化的光透过率变化曲线图。
具体实施方式
本发明所使用的液晶具有在一定温度下由近晶相向手征向列相转变的特征，通过保持低温时近晶相时液晶分子的垂直排列获得透明态，通过高温时手征向列相的焦锥织构获得不透明态。光透过态向光散射态的转变温度和转变区间可以通过调节材料组分进行控制。
实例1
含有近晶相到手征向列相转变的液晶选用商品名S6(Merck co.，Ltd.)，SLC-1717(石家庄永生华清液晶有限公司)和手性添加剂CB15(Merck co.，Ltd.)配制，三种比例依次为80％∶15％∶5％，可聚合单体由实验室合成，分子式见下，光引发剂选用1-羟基环己基苯基酮，商品名184(靖江宏泰化工有限公司)，可聚合单体的质量是混和液晶总质量的5％，光引发剂的质量是单体质量的1％。将上述组分混和均匀后即可得到所需的混和溶液。
可聚合单体分子式：
将混和溶液注入未经任何表面处理的由ITO玻璃制备的液晶盒，液晶盒的厚度由PET间隔垫控制，从而控制薄膜的厚度，现采用的间隔垫的厚度为14um，加50V的电压使液晶盒呈透明态，然后在紫外光下照射使其中的可聚合单体反应，去掉电场后仍保持透明。将其加热到36.3℃，透过率发生急剧下降，表现为乳白色的光散射非透明态；当温度降到36.3℃以下时，光透过率上升，重新呈透明态。随温度变化的光透过率曲线见附图3。
实例2
液晶采用实例1中所配制的混和液晶，不加入单体和光引发剂。
对基体进行表面垂直取向处理，采用的表面取向剂为N，N-dimethyl-N-octadecyl-3-aminipropyltrimethoxysilyl chloride。近晶相液晶分子受表面取向剂的影响将垂直于基体排列，薄膜呈光透明态；从高温的手征性向列相降温到向列相后也回复到垂直排列，重新由非透明态转为透明态。转变温度为36.3℃。
实例3
采用一种侧链液晶高分子和SLC-1717配制所需的具有近晶相到向列相转变的液晶，在其中添加CB15，其中侧链液晶高分子的分子见下，三种组分的质量比为6％∶90％∶4％。在混和液晶中加入1％可聚合单体(同实例1)和0.01％的光引发剂184，搅拌均匀。对液晶盒进行表面垂直取向处理(同实例2)，将混合物注入液晶盒中，侧链液晶高分子的液晶基元受表面垂直取向剂的影响将垂直基体表面排列，然后在将液晶盒至于紫外光下照射，其中的可聚合单体将发生聚合反应，将液晶基元的垂直排列的保持下来。此薄膜的相转变温度为32.7℃。
侧链液晶高分子分子式：
Claims (1)
1. 一种智能化光屏蔽薄膜材料的制备方法，适用于制备一种随温度调节光的通过与阻断的智能光屏蔽薄膜材料，使用具有近晶相到手征向列相相转变的液晶，将近晶相液晶分子垂直于基体的排列方式固定下来，使所制备的智能化光屏蔽薄膜材料在近晶相时呈现光透明态，在温度高于近晶相到手征向列相相转变温度后，在手征向列相时，分子排列呈焦锥织构，呈现非透明态；两种状态随温度的变化可以自动转换；具体工艺为：在液晶中添加质量浓度在0.1％～20％的手性添加剂，同时此液晶在温度低于近晶相到手征向列相转变温度下呈近晶相，温度高于近晶相到手征向列相转变温度Tn时转化为手征向列相，Tn的范围在0℃～80℃，没有取向处理的近晶相液晶呈现非透明态，当液晶分子垂直基体排列，对光无散射作用，呈现透明态；随着温度升高到Tn后，液晶由近晶相转为手征向列相，分子呈焦锥排列，对入射光有强烈的散射作用，此时薄膜呈现非透明态；温度降低回到近晶相后，液晶分子恢复垂直排列，重新呈现透明态；
实现近晶相液晶的垂直排列是在近晶相液晶中添加丙烯酸酯类或乙烯基类可聚合单体，可聚合单体的质量浓度在0.1％～30％；对近晶相液晶施加一个电场，电场的范围在0V～200V，所加电压使薄膜呈透明态，此时近晶相液晶中的分子垂直于基体排列；然后使可聚合单体发生聚合，形成高分子网络，将近晶相液晶的分子垂直排列固定下来，使薄膜在室温下保持透明态；薄膜从手征向列相回到近晶相后，受高分子网络的作用，液晶分子重新垂直排列；
实现近晶相液晶的垂直排列是对基体表面进行垂直取向处理，受表面垂直取向的作用，近晶相液晶分子垂直基体排列，从手征向列相返回近晶相仍保持垂直排列，达到保持近晶相液晶分子垂直取向排列。
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