CN102321233B

CN102321233B - 一种环氧树脂基聚合物分散液晶薄膜材料的制备方法

Info

Publication number: CN102321233B
Application number: CN 201110172171
Authority: CN
Inventors: 杨槐; 张婷婷; 曹晖; 鹿岛美纪; 刘芳; 宋平; 赵秀婷; 张翠红
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: Yangzhou Jingcai Photoelectric Technology Co Ltd
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: CN102321233A

Abstract

本发明属于液晶材料应用领域，具体涉及一种环氧树脂基聚合物分散液晶薄膜材料的制备方法。本发明将液晶、热聚合单体、固化剂和玻璃微珠均匀混合后夹在两片镀有氧化铟锡的导电薄膜中间，用辊轴压匀，形成20微米至30微米厚的膜层，其中液晶的含量占总质量的40%，固化剂的含量占热聚合单体质量的20-30%,玻璃微珠的含量占总质量的0.1-0.5%，在温度为70-80℃进行热固化6-8小时，制备聚合物分散液晶薄膜。本发明增加了聚合物的交联密度，使得聚合物的网眼减小，降低开态透过率，从而提高对比度，改善聚合物分散液晶薄膜的电光性能。此外该发明减少了液晶的含量，使得制备成本大大降低。

Description

一种环氧树脂基聚合物分散液晶薄膜材料的制备方法

技术领域

本发明属于液晶材料应用领域，涉及一种PDLC薄膜材料的制备方法，具体涉及一种环氧树脂基聚合物分散液晶薄膜材料的制备方法。

背景技术

聚合物分散液晶（Polymer Dispersed Liquid Crystal: PDLC）是一种电光薄膜材料。PDLC薄膜是通过某种物理化学方法使液晶从与预聚物混合而成的混合物中析出，以微米量级尺寸微滴的形式分布在固态透明的聚合物基体中。在两块镀有氧化铟锡（Indium-tin oxide，ITO）导电层的基片之间是一定厚度的PDLC薄膜，液晶微滴随机分布在聚合物网络中，并呈现出一定的自组织构型。每一液晶微粒的光轴处于择优取向，而不同微粒的光轴呈随机取向状态，由于其折射率各向异性，因此其有效折射率不与基体的折射率相匹配，对外来入射光呈散射态而不透明或半透明。液晶分子拥有很强的光学各向异性和介电各向异性，在外部电压的控制下，此种材料具备显著的电光特性。

PDLC薄膜材料具有良好的电光特性，高敏感性、宽动态范围和高分辨率，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，已经用于大面积显示器和高清晰的显示屏等，并且在投影电视方面有着广阔的应用前景。PDLC薄膜材料也可以用作智能玻璃。这里的智能玻璃不是建筑学上的“玻璃体系技术”，而是一种可以自动调节光透射率的玻璃，从而有效的调节室温，减少空调的负荷，以达到保护环境和节省能源的目的。

虽然PDLC薄膜材料有着广阔的应用前景，但由于液晶与聚合物之间的相互作用以及制备条件等方面的原因，存在对比度差、响应时间长以及力学性能不佳等缺点，在应用方面受到了一定的限制。目前国内外对PDLC薄膜材料的研究主要着眼于缩短PDLC薄膜材料响应时间、降低驱动电压和提高对比度等方面。一般情况下，显示技术一般要求的响应时间小于20 ms，对比度大于 25：1。调光玻璃用PDLC薄膜的驱动电压一般在70-100 V，一般开态平行光透过率在75%以上、关态在20%以下。而国外所制备的智能玻璃，为了达到所需要的高对比度（一般大于30：1），驱动阈值电压均很高（一般不小于50 V）。

从实际应用方面来看，PDLC薄膜生产成本过高也是限制其产业化发展的一个因素。降低液晶含量是减低生产成本的直接方法。一方面，液晶的价格比较昂贵。另一方面，液晶含量减少使得聚合物单体含量相对增加，从而提高PDLC薄膜的粘结性能，便于其工业加工。但是液晶含量是影响PDLC薄膜的电光性能的主要因素，液晶含量较少会降低PDLC薄膜的电光性能，所以目前工业生产PDLC薄膜的液晶含量在70-80 wt%。由此可见，在降低生产成本同时保持PDLC薄膜的优良的综合性能方面，还有许多工作要做。开发具有优异电光性能的 PDLC薄膜材料，特别是在保持较高对比度和较低驱动电压的同时能大幅度降低生产的成本始终是PDLC薄膜材料研究的焦点问题。

在工业生产中，提高PDLC薄膜的粘结力也是研究的一个重点。一般聚合物网络/液晶复合材料的固化膜较脆，导致PDLC薄膜的韧性较差，聚合物网络与镀有氧化铟锡（ITO）的导电塑料薄膜之间结合不够紧密，这给大规模的生产带来了很大困难，严重降低了产品的成品率，也影响了产品的经济效益。环氧树脂本身具有化学稳定性好、粘结力强、耐酸、耐碱及耐候性优良等优点，使得其制备出的PDLC薄膜有较强粘结力。此外，增加聚合物网络的交联密度可以提高聚合物的粘结力，同时降低液晶含量也有利于提高聚合物网络与ITO薄膜之间的界面结合力，并且可以降低PDLC薄膜的成本。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种PDLC薄膜材料的制备方法，具体的说是一种环氧树脂基聚合物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，制备出高对比度、粘结力好、低液晶含量的PDLC薄膜。

本发明的方法，通过采用不同官能度脂肪族缩水甘油醚环氧树脂做为热聚合单体，制备性能优良的PDLC薄膜。一种环氧树脂基聚合物分散液晶薄膜材料的制备方法，本发明采用热聚合相分离的方法制备PDLC薄膜，包括以下步骤：将液晶、热聚合单体、固化剂和玻璃微珠均匀混合后夹在两片镀有ITO的导电塑料薄膜中间，形成20微米至30微米厚的膜层，在温度为70-80℃进行热固化6-8小时，制备PDLC薄膜。所述加入的液晶的含量占总质量的40%，固化剂的含量占热聚合单体质量的20-30%，玻璃微珠的含量占总质量的0.1-0.5%，用来控制PDLC薄膜的厚度。

所述使用的基体材料为：热聚合单体是不同官能度的脂肪族缩水甘油醚环氧树脂，固化剂是多元胺，液晶是向列相液晶。本发明所述的热聚合单体是脂肪族缩水甘油醚环氧树脂，是由两个或两个以上的环氧基和脂肪链直接连接而成，单体的特征为：环氧基赋予树脂反应活性，使得树脂固化物具有很强的内聚力和粘结力。环氧基官能度高的脂肪族缩水甘油醚环氧树脂有助于提高聚合物基体的交联密度。因此适量使用多官能度的环氧树脂制备的PDLC薄膜，可以增加聚合物网络的交联密度，减小网孔的大小，使得PDLC薄膜的关态透过率减小，有效改善PDLC薄膜的对比度。此外交联密度的增加提高了聚合物网络内部以及聚合物网络和ITO薄膜之间的粘结力，提高了PDLC薄膜的剥离强度。

在低液晶含量下，双官能度的环氧树脂制备的PDLC薄膜，其形成聚合物网孔较大，关态透过率较高使得对比度变差，交联密度的降低减小了PDLC薄膜的粘结性能。多官能度的脂肪族缩水甘油醚环氧树脂是由两个以上的环氧基和脂肪链直接连接而成的，官能度高的环氧树脂可以增加聚合物基体的交联密度。本发明使用的脂肪族缩水甘油醚环氧树脂具有以上特性，按一定比例加入双官能度、多官能度的热聚合单体可以改善聚合物网孔的大小，并且多官能度单体的加入可以提高聚合物基体的交联密度，降低关态透过率进而增加PDLC薄膜的对比度，并且提高了粘结性能。弥补了液晶含量较低对PDLC薄膜电光性能带的一些弊端。

本发明的关键是确定选用热聚合单体的类型，并且控制热聚合单体和固化剂的配比。

本发明的优点在于：在低液晶含量下，使用不同官能度的脂肪族缩水甘油醚环氧树脂作为热聚合单体制备PDLC薄膜。适量加入多官能度的环氧树脂可以改善PDLC薄膜的电光性能，增加聚合物的交联密度，调节聚合物的网眼大小，减小关态透过率，进而改善PDLC薄膜的电光性能。此外，多官能度环氧树脂的加入增强PDLC薄膜的剥离强度，改善其粘结性能。

附图说明

图1为实施例1制备的PDLC薄膜的扫描电镜图片。

图2为实施例2制备的PDLC薄膜的扫描电镜图片。

图3为实施例3制备的PDLC薄膜的扫描电镜图片。

图4为所有实施例制备的PDLC薄膜的电光性能的变化曲线。

图5为所有实施例制备的PDLC薄膜的剥离强度的变化曲线。

具体实施方式

实施例1

选用的热聚合单体是脂肪族缩水甘油醚环氧树脂——聚乙二醇二缩水甘油醚EGDE（安徽恒远化工有限责任公司），液晶SLC1717（石家庄永生华清液晶有限公司），固化剂1, 8-二氨基-3, 6-二氧杂辛烷 EDBEA（Alfa Aesar），玻璃微珠（SP-200，Sekisui chemical Co.LTD.）。EGDE/固化剂/液晶按质量比为48.0/12.0/40.0，将热聚合单体、液晶、固化剂混合物均匀夹在两层镀有ITO的导电塑料薄膜中间，在干燥箱中恒温70℃固化8小时后得到所要制备的PDLC薄膜。图1为实施例1制备的PDLC薄膜的扫描电镜图片。

实施例2

选用的热聚合单体是脂肪族缩水甘油醚环氧树脂——聚乙二醇二缩水甘油醚EGDE、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚TMPTGE（南京康满林化工实业公司），液晶SLC1717，固化剂1, 8-二氨基-3, 6-二氧杂辛烷 EDBEA（Alfa Aesar），玻璃微珠（SP-200，Sekisui chemical Co.LTD.）。EGDE/TMPTGE/固化剂/液晶按质量比为20.0/25.0/15.0/40.0混合均匀。将热聚合单体、液晶、固化剂混合物均匀夹在两层镀有ITO的导电塑料薄膜中间，在干燥箱中恒温80℃固化6小时后得到所要制备的PDLC薄膜。图2为实施例2制备的PDLC薄膜的扫描电镜图片。

实施例3

选用的热聚合单体是脂肪族缩水甘油醚环氧树脂——聚乙二醇二缩水甘油醚EGDE、季戊四醇缩水甘油醚PERTGE（睿鹰制药有限公司），液晶SLC1717，固化剂1, 8-二氨基-3, 6-二氧杂辛烷 EDBEA（Alfa Aesar），玻璃微珠（SP-200，Sekisui chemical Co.LTD.）。EGDE/PERTGE/固化剂/液晶按质量比为25.0/17.0/18.0/40.0混合均匀。将热聚合单体、液晶、固化剂混合物均匀夹在两层镀有ITO的导电塑料薄膜中间，在干燥箱中恒温80℃固化6小时后得到所要制备的PDLC薄膜。图3为实施例3制备的PDLC薄膜的扫描电镜图片。

图4为所有实施例制备的PDLC薄膜的电光性能的变化曲线，其中曲线1为实施例1制备的PDLC薄膜的电光性能曲线；曲线2为实施例2制备的PDLC薄膜的电光性能曲线；曲线3为实施例3制备的PDLC薄膜的电光性能曲线；曲线4为实施例4制备的PDLC薄膜的电光性能曲线。图5为所有实施例制备的PDLC薄膜的剥离强度的变化曲线，实验结果表明：在同等的制膜条件下，适量加入多官能度的环氧树脂，其所制备的PDLC薄膜可以得到优良的聚合物网络微观形貌，降低关态透过率，提高对比度，改善PDLC薄膜的电光性能，同时加强PDLC薄膜的剥离强度力，改善其粘结性能。

Claims

1.一种环氧树脂基聚合物分散液晶薄膜材料的制备方法，其特征在于,所述方法如下:将液晶、热聚合单体、固化剂和玻璃微珠均匀混合后夹在两片镀有氧化铟锡的导电薄膜中间，用辊轴压匀，形成20微米至30微米厚的膜层，在温度为70-80℃进行热固化6-8小时，制备聚物分散液晶薄膜；所述加入的材料以及比例分别是:液晶的含量占总质量的40%，固化剂的含量占热聚合单体质量的20-30%，玻璃微珠的含量占总质量的0.1-0.5%，用来控制聚合物分散液晶薄膜的厚度；所述热聚合单体为不同官能度的脂肪族缩水甘油醚环氧树脂；固化剂是多元胺，液晶是向列相液晶。