CN100487076C - 一种高分子分散液晶薄膜材料的制备方法 - Google Patents

一种高分子分散液晶薄膜材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高分子分散液晶薄膜材料的制备方法，属于液晶材料应用领域。基体材料是可光聚合的混合单体，所用液晶是向列相液晶，液晶和单体的质量比是8∶1-1∶1。加入光引发剂的含量为单体总质量的0.1wt%-30.0wt%，纳米微珠的含量约为液晶和单体总质量的0.1wt%-10.0wt%，用来控制膜厚。将液晶、可光聚合单体、光引发剂和纳米微珠均匀混合后夹在两片镀有氧化铟的导电塑料薄膜中间，用滚轴挤压，形成0.5微米至30微米厚的膜层，在可光聚合单体/液晶复合材料的液晶相的清亮点温度以上0.5℃-20.0℃使用365nm的紫外光进行照射1-10分钟，制备成高分子分散液晶薄膜。优点在于：制备具有低驱动电压、高对比度、性能稳定和结实耐用的高分子分散液晶薄膜材料。

Description

一种高分子分散液晶薄膜材料的制备方法
技术领域
本发明属于液晶显示材料领域，提供了一种高分子分散液晶(Polymer DispersedLiquid Crystals：PDLC)薄膜材料的制备方法。
背景技术
PDLC膜是把可光聚合单体/向列相液晶复合材料夹在两层透明氧化铟(ITO)塑料薄膜中，然后使用紫外光照射薄膜，使可光聚合单体的分子间发生交联反应制备而成的。也就是说，PDLC膜是把向列相液晶微滴均匀分散在聚合物基体中而形成的一种高分子网络/液晶复合材料薄膜。PDLC膜是一种新型液晶功能材料，具有良好的电光特性，高敏感性、相对较快的响应时间，且能廉价地做成各种形状、各种厚度的薄膜。当不对PDLC膜施加电场时，由于光通过液晶微滴的有效折射率与通过聚合物的折射率相差较大，光线在液晶与聚合物界面上多次反射和折射，薄膜呈强烈的光散射状态；当施加电场时，液晶微滴指向矢沿电场取向，选用液晶的长轴折射率与聚合物的折射率匹配，光线在膜内不发生反射而直接透射出来，薄膜呈透明状态。
PDLC膜制备最为关键的环节是如何保证PDLC膜具有良好的稳定性以和优良的电光性能。目前国内外对PDLC膜的研究主要着眼于缩短PDLC膜响应时间、降低驱动电压、和提高对比度等方面。PDLC膜的光电性质与聚合物高分子网络结构密切相关，因此不同可光聚合单体的选择及混配比例显得尤为重要。
在PDLC膜制备过程中，也经常会出现高分子网络/液晶复合材料薄膜与两层ITO塑料薄膜之间粘结力不够紧密而导致ITO塑料薄膜脱离的情况，这给大规模的工艺生产带来了很大困难，不仅降低了产品的性能质量，还严重影响了产品的经济效益。
用可光聚合的硅烷偶联剂单体与金属或金属的氧化物之间通过一系列反应后形成作用力很强的化学键，能增强高分子网络和ITO膜之间的界面粘结力，为解决问题提供了一条可靠的途径。具体反应机理见文献“Orientation of liquid crystals by surfacecoupling agents”(Applied Physics Letters，1973，22，8：386-388)。
丙烯酸-3，5，5-三甲基己酯在引发自由基聚合过程中，具有自由基扩散速度快，易于在液晶材料中形成相分离的特点，是制备具有低驱动电压的PDLC薄膜所需要的优良的可光聚合单体材料。
甲基丙烯酸异冰片酯(包括丙烯酸异冰片酯)在光引发自由基聚合过程中，不但也具有自由基扩散速度快、易于在液晶材料中形成相分离的特点，同时所形成的高分子网络具有较高的玻璃化转变温度(通常大于80℃)，是制备具有较高的玻璃化转变温度的高分子网络所需要的优良的可光聚合单体材料，同时也可以增加高分子网络和ITO膜之间的界面粘结力。
1，4-丁二醇二丙烯酸酯(包括1，6-己二醇二丙烯酸酯和1，8—辛二醇二丙烯酸酯)分子中具有2个双键结构，是形成具有合适网眼尺寸的三维高分子网络所需要的可光聚合单体材料；同时与丙烯酸-3，5，5-三甲基己酯共同使用，可增加PDLC薄膜的对比度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高分子分散液晶薄膜材料的制备方法，改善PDLC薄膜材料的电光性能，提高PDLC薄膜材料的稳定性。
本发明的方法，通过采用含有可光聚合的硅烷偶联剂单体、丙烯酸-3，5，5-三甲基己酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1，4-丁二醇二丙烯酸酯的可光聚合单体，来制备具有低驱动电压、高对比度和高分子网络与ITO薄膜具有高粘结力的PDLC薄膜。
本发明是通过采用同时含有可光聚合的硅烷偶联剂单体、丙烯酸-3，5，5-三甲基己酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1，4-丁二醇二丙烯酸酯的可光聚合单体，来制备PDLC薄膜。通过采用可光聚合的硅烷偶联剂单体来增加高分子网络与氧化铟薄膜之间的粘结力，通过采用丙烯酸-3，5，5-三甲基己酯单体来降低PDLC薄膜的驱动电压，通过采用甲基丙烯酸异冰片酯来增加高分子网络的玻璃化转变温度，通过同时采用丙烯酸-3，5，5-三甲基己酯和1，4-丁二醇二丙烯酸酯来增加PDLC薄膜的对比度。
本发明的关键是要确定选用可光聚合单体的类型，并控制可光聚合单体的配比。
本发明采用紫外光聚合相分离的方法制备PDLC膜。基体材料是可光聚合的混合单体，所用液晶是向列相液晶，液晶和单体的质量比是8∶1-1∶1。加入光引发剂的含量为单体总质量的0.1wt％-30.0wt％，纳米微珠的含量约为液晶和单体总质量的0.1wt％-10.0wt％，用来控制膜厚。将液晶、可光聚合单体、光引发剂和纳米微珠均匀混合后夹在两片镀有氧化铟的导电塑料薄膜中间，用滚轴挤压，形成0.5微米至30微米厚的膜层，在可光聚合单体/液晶复合材料的液晶相的清亮点温度以上0.5℃—20.0℃使用光强为5-20mW/cm2的紫外光进行照射1-10分钟，制备成PDLC膜。
本发明所述的单体是可光聚合的单体混合物。其中可光聚合的硅烷偶联剂单体、丙烯酸-3，5，5-三甲基己酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1，4-丁二醇二丙烯酸酯，是必备的可光聚合单体。其它种类的可光聚合单体可以与这些所必备的可光聚合单体共混使用。
本发明所使用的液晶是向列相液晶，对所使用的液晶材料没有其它特殊要求。
本发明的优点在于：通过采用可光聚合的硅烷偶联剂单体、丙烯酸-3，5，5-三甲基己酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1，4-丁二醇二丙烯酸酯，可以制备具有低驱动电压、高对比度、性能稳定和结实耐用的PDLC薄膜材料。
附图说明
图1为实施实例中所用可光聚合单体的分子化学结构图。
图2为实施实例1制备的高分子分散液晶薄膜材料的电压-透过率电光特性曲线。
图3为实施实例1制备的高分子分散液晶薄膜材料的高分子网络扫描电镜图片。
图4为实施实例2制备的高分子分散液晶薄膜材料的电压-透过率电光特性曲线。
图5为实施实例2制备的高分子分散液晶薄膜材料的高分子网络扫描电镜图片。
具体实施方式
实例1
选用单体为(a)：甲基丙丙烯酸异冰片酯(北京西凯创新科技有限公司)，(b)：丙烯酸-β-羟丙酯(北京舒伯伟化工仪器有限责任公司)，(c)：丙烯酸-3，5，5-三甲基己酯(北京西凯创新科技有限公司)，(d)：1，4-丁二醇二丙烯酸酯(北京西凯创新科技有限公司)，(e)：丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯(北京西凯创新科技有限公司)，且所用的单体质量比分别为：a/b/c/d/e＝22/22/12/30/14wt％。选用向列相液晶为SLC7011-100(石家庄永生华清液晶有限公司)，所用混配体与液晶的质量比为：混配单体/SLC7011-100＝25/75wt％。加入光引发剂的含量为单体总质量的10％，纳米微珠的含量约为液晶和单体总质量的1.51％。将液晶、可光聚合单体、光引发剂和纳米微珠均匀混合后夹在两片镀有ITO的导电膜中间，用辊压匀，在室温下用365nm紫外光照射(紫外光强度为20mW/cm2)10分钟，制成高分子分散液晶薄膜，其阈值电压、驱动电压很低、对比度很高，两层ITO塑料薄膜之间粘结力也很强。
实例2
选用单体为(a)：甲基丙丙烯酸异冰片酯(北京西凯创新科技有限公司)，(b)：丙烯酸-β-羟丙酯(北京舒伯伟化工仪器有限责任公司)，(c)：1，4-丁二醇二丙烯酸酯(北京西凯创新科技有限公司)，(d)：丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯(北京西凯创新科技有限公司)，且所用的单体质量比分别为：a/b/c/d＝25/25/32/18wt％。选用向列相液晶为SLC7011-100(石家庄永生华清液晶有限公司)，所用混配体与液晶的质量比为：混配单体/SLC7011-100＝25/75wt％。加入光引发剂的含量为单体总质量的10％，纳米微珠的含量约为液晶和单体总质量的1.51％。将液晶、可光聚合单体、光引发剂和纳米微珠均匀混合后夹在两片镀有ITO的导电膜中间，用辊压匀，在室温下用365nm紫外光照射(紫外光强度为20mW/cm2)10分钟，制成高分子分散液晶薄膜，其阈值电压、驱动电压相对较高、对比度也较低。
实例3
选用单体为(a)：甲基丙丙烯酸异冰片酯(北京西凯创新科技有限公司)，(b)：丙烯酸-β-羟丙酯(北京舒伯伟化工仪器有限责任公司)，(c)：丙烯酸-3，5，5-三甲基己酯(北京西凯创新科技有限公司)，(d)：1，4-丁二醇二丙烯酸酯(北京西凯创新科技有限公司)，且所用的单体质量比分别为：a/b/c/d＝26/26/13/35wt％。选用向列相液晶为SLC7011-100(石家庄永生华清液晶有限公司)，所用混配体与液晶的质量比为：混配单体/SLC7011-100＝25/75wt％。加入光引发剂的含量为单体总质量的10％，纳米微珠的含量约为液晶和单体总质量的1.51％。将液晶、可光聚合单体、光引发剂和纳米微珠均匀混合后夹在两片镀有ITO的导电膜中间，用辊压匀，在室温下用365nm紫外光照射(紫外光强度为15mW/cm2)10分钟，制成高分子分散液晶薄膜。所制备的高分子分散液晶薄膜的电光性能尚可，但高分子分散液晶薄膜的两层ITO塑料薄膜之间粘结力较差，容易撕开。

Claims (1)

1、一种高分子分散液晶薄膜材料的制备方法，其特征在于：将向列相液晶和可光聚合单体按质量比8:1-1:1混合，加入光引发剂的含量为可光聚合单体总质量的0.1wt％-30.0wt％，纳米微珠的含量为液晶和可光聚合单体总质量的0.1％-10.0％；将液晶、可光聚合单体、光引发剂和纳米微珠均匀混合后夹在两片镀有氧化铟的导电塑料薄膜中间，用滚轴挤压，形成0.5微米至30微米厚的膜层，在可光聚合单体/液晶复合材料的液晶相的清亮点温度以上0.5℃—20.0℃使用光强为5-20mW/cm2的紫外光，进行照射1-10分钟，制备成高分子分散液晶薄膜；
所述的可光聚合单体为：a：甲基丙烯酸异冰片酯、b：丙烯酸-β-羟丙酯、c：丙烯酸-3，5，5-三甲基己酯、d：1，4-丁二醇二丙烯酸酯、e：丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯；且质量比为：a/b/c/d/e＝22/22/12/30/14wt％。
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