CN102789083A - 反式结构剪切效应调光玻璃 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于应变液晶原理的聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃，它由两片透明浮法平板玻璃夹层聚合物分散液晶的反式结构剪切效应薄膜所构成。聚合物分散液晶的预聚物是由可聚合单体加入光引发剂、链转移剂、增韧剂等组成的紫外光固化胶黏剂，紫外光固化胶黏剂与向列相液晶混合成液晶胶，曝光分两次，第一次曝光后发生相分离但未充分固化。边施加剪切应力边进行第二次曝光充分固化使剪切形变被保留下来。聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃具有半透明外观，当施加与制备过程所施加的剪切应力方向相反的剪切应力时，该反式结构剪切效应调光玻璃变成散射状态。本发明制备的聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃适合应用于室内装修等领域。

Description

反式结构剪切效应调光玻璃

技术领域

本发明技术方案涉及一种基于聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃。

背景技术

聚合物分散液晶(PDLC)技术现已广泛应用于电控调光玻璃，大屏幕显示，全息光栅等诸多技术领域。在对聚合物分散液晶研究中发现，对由玻璃基板制备的聚合物分散液晶制品或聚合物网络液晶制品的上下基板施加剪切应力会引起透光现象，这是聚合物分散液晶的剪切效应(Sheared Liquid Crystal)，它是应变液晶(Stressed Liquid Crystal)的一种，美国肯特大学液晶研究所对应变液晶有比较多的研究。

我们在研究应变液晶剪切效应中已经获得“聚合物分散液晶剪切效应调光玻璃及其制造和应用(ZL200910070975.0)”发明专利，其制品具有雾态毛玻璃外观，施加剪切应力变成半透明状态。进一步研究时我们制备出了相反效果的制品，即制品具有半透明状态外观，施加剪切应力变成雾态毛玻璃，我们称之为反式结构剪切效应调光玻璃。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃，它由两片平板玻璃和中间的一层聚合物分散液晶的反式结构剪切效应薄膜构成，当对上下两片玻璃施加剪切应力时，反式结构剪切效应薄膜由透明态变为散射态，即通过施加与撤掉外加剪切应力实现制品的透明和散射，进而获得新型剪切效应调光玻璃，在室内装修等方面有其特殊应用。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃，由两片浮法平板玻璃和中间夹层聚合物分散液晶的反式结构剪切效应薄膜构成。本发明使用的聚合物分散液晶材料由预聚物与向列相液晶材料混合而成，预聚物与向列相液晶材料以1∶1的质量比组成。所述预聚物是由20％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、70％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5％的增韧剂丁腈橡胶、3％的链转移剂2-巯基乙醇和2％的光引发剂1173组成，所述百分比均为质量百分比，预聚物固化后折射率可以为n_p＝1.517、1.617或1.717。所述向列相液晶材料的寻常光折射率为n_o＝1.517，非常光折射率为n_e＝1.717，双折射率差为0.2。

本发明聚合物分散液晶反式结构剪切效应调光玻璃所用相分离技术采用紫外光固化相分离技术。

上述聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃，其中聚合物分散液晶的反式结构剪切效应薄膜的构成还包括直径为10～30μm的衬垫材料塑料微球，其用量以玻璃制品面积计算小于10粒/cm²。

上述聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃，其中所述玻璃为制镜业的原料浮法平板玻璃，其厚度为3～5mm。

上述聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃，其中所述聚合物分散液晶的反式结构剪切效应薄膜的厚度基本与衬垫材料直径一致为10～30μm。

聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃制备方法，步骤是：

第一步，配制预聚物

用20％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、70％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5％的增韧剂丁腈橡胶、3％的链转移剂2-巯基乙醇和2％的光引发剂1173配制预聚物，将混合物在室温条件下搅拌十分钟充分混合均匀。

第二步，配制液晶胶

将第一步配制的预聚物与向列相液晶材料以1∶1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌十分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且黏度较小。

第三步，清洁玻璃基板

把玻璃切割成需要的尺寸，在自来水中加入清洁剂对玻璃基板进行清洗，使玻璃表面洁净无污物，用清水冲洗干净，再用清洁干布擦拭去除水渍。

第四步，撒布衬垫料

在喷雾器中注入稀释溶剂挥发性胶黏剂(如502瞬干胶黏剂兑无水酒精或乙酸丁酯试剂)，溶剂中加入衬垫料微球粉，向一片玻璃上适量喷洒该溶剂，待溶剂挥发掉，衬垫料塑料微球粘结在玻璃表面。

第五步，合玻璃

在湿法撒布了衬垫料的一片玻璃上合上另一片玻璃，两片玻璃不完全重合，预留出方便施加剪切应力的错位对边，立到专用槽池中，下端于侧边用不锈钢铁夹子夹住，上端插进刀片，使两片玻璃中间形成极薄的楔形空隙。

第六步，灌注液晶胶

与建筑夹层玻璃灌胶工艺相同，将适量的前述配置好的液晶胶灌注到两片玻璃的空隙中，抽出刀片，合拢玻璃，取下铁夹子，使液晶胶均匀充满玻璃空隙，并用洁净布擦净多余液晶胶。

第七步，紫外曝光

将前述灌注了液晶胶的两片玻璃在紫外光灯下曝光，使预聚物与向列相液晶的混合物发生相分离，紫外光灯强度适中(如光强通量400W/m²)，曝光时间大约1分钟，预聚物发生聚合反应，向列相液晶从聚合物中析出，形成直径约1μm的液晶微滴，此时制品外观为散射雾态，立即关闭电源暂停曝光。

第八步，剪切固化

当制品曝光1分钟时没有充分固化，使用特制的剪切装置对其施加力度适当的剪切应力，制品又变成半透明状态，再次开启紫外光灯曝光2分钟进行充分固化，由此制得由两片玻璃夹层聚合物分散液晶薄膜构成的反式结构剪切效应调光玻璃。

上述聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃，常态为半透明态，施加剪切应力后变为散射态。通过施加和去掉剪切应力可实现调光玻璃的透明与散射两个状态转换，与之前的聚合物分散液晶剪切效应调光玻璃具有相反功能效果。

上述聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃制备方法中所用到的原材料均为市场上已知商品，所涉及搅拌器、喷雾器、紫外光灯和玻璃切割机均为公知的工具设备。所涉及的紫外光灯曝光台和剪切装置为特殊设计安装，所涉及的液晶胶为特殊配方。

本发明的有益效果：

本发明聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃的原理：所述调光玻璃在常态下呈半透明状态，液晶微滴为沿剪切方向的长椭球体，液晶微滴中液晶分子沿椭球长轴方向取向，因此液晶微滴表现为各向异性单轴晶体的性质，如选择聚合物折射率n_p与液晶寻常光折射率n_o相等，光线通过聚合物分散液晶薄层时，一半光透射，一半光散射，聚合物分散液晶薄层具有散射偏光片功能。如选择聚合物折射率n_p与液晶非常光折射率n_e相等，则作用相同。如选择聚合物折射率n_p与液晶寻常光折射率n_o和非常光折射率n_e都不相等，则制品虽然没有散射偏光片功能，但仍具有很高的透光率。

对反式结构剪切效应调光玻璃的两片玻璃施加与曝光过程所施加剪切应力方向相反的剪切应力，调光玻璃呈散射态。此时的聚合物分散液晶薄层中的液晶微滴受到剪切作用由长椭球体被挤压变为球体，液晶微滴中液晶分子沿长轴排列的有序性降低，呈现其他构型的排列(如双极构型排列)，此刻液晶微滴即不是各向同性的普通液体，也不能当作各向异性的单轴晶体，因此光线通过聚合物分散液晶薄层时被散射。在制品最后应用时所述施加剪切应力装置可以是不锈钢窗框，通过钥匙或螺丝等小部件巧妙施加剪切应力。

本发明的聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃可以实现这样一种功能：不用通过施加电压，仅通过对其两片玻璃施加剪切应力就能实现调光玻璃的半透明与散射，在常态时表现为半透明态，当施加剪切应力时即变为散射态，撤去剪切应力又恢复半透明态。

本发明聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃与现有电控调光玻璃和发明人之前已经获得发明专利的聚合物分散液晶剪切效应调光玻璃相比，具有新特征：

现有电控调光玻璃的制作技术要求高，液晶等原材料要求电子级纯，生产车间环境要求千级净化，生产设备覆膜机等要求高精密度。首先在洁净车间制作出透明导电胶片夹聚合物分散液晶薄层的胶片制品，然后再将胶片制品夹到两片玻璃之间。电控调光玻璃使用过程需要消耗电力，不符合节能环保理念。目前电控调光玻璃反式结构(不加电场透明，加电场散射)虽有技术但没有产品。总之电控调光膜生产线投资巨大，生产成本高，产品价格昂贵，产品只能应用到超豪华装修领域。聚合物分散液晶剪切效应调光玻璃投资小，工艺简单，产品成本低，应用更广泛。反式结构剪切效应调光玻璃虽然比正式结构剪切效应调光玻璃制作工艺复杂一点，但因其具有相反的效果，可能更受用户青睐而具有特殊应用价值。电控调光玻璃开态透光率接近70％，剪切效应调光玻璃开态透光率接近50％，剪切效应调光玻璃不及电控调光玻璃透明，但剪切效应调光玻璃是力学双稳状态，半透明状态和散射状态都不消耗能量，仅在状态转换时消耗体力拨动开关进行施加或撤掉剪切应力，这一点符合节能概念。

附图说明

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步解释。

图1本发明聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃结构示意图。

图2本发明聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃工作原理示意图。

图中，101平板玻璃，102聚合物分散液晶反式结构剪切效应薄膜，201常态下聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃呈现半透明状态，202对聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃施加剪切应力呈现散射状态。

具体实施方式

实施例1，聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃制备方法，步骤是：

第一步，配制预聚物

用20％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、70％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5％的增韧剂丁腈橡胶、3％的链转移剂2-巯基乙醇和2％的光引发剂1173配制预聚物，将混合物在室温条件下搅拌十分钟充分混合均匀，预聚物固化后折射率为n_p＝1.517。

第二步，配制液晶胶

将第一步配置的预聚物与向列相液晶材料以1∶1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌十分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且黏度较小。

第三步，清洁玻璃基板

把玻璃切割成需要的尺寸，在自来水槽中加入清洁剂对玻璃基板进行清洗，使玻璃表面洁净无污物，用清水冲洗干净，再用洁净干布擦拭去除水渍。

第四步，撒布衬垫料

在喷雾器中注入502瞬干胶黏剂兑乙酸丁酯试剂，溶剂中加入直径为20μm的衬垫料塑料微球粉，向一片玻璃上适量喷洒该溶剂，待溶剂挥发掉，衬垫料塑料微球粘结在玻璃表面。

第五步，合玻璃

在湿法撒布了衬垫料的一片玻璃上合上另一片玻璃，两片玻璃不完全重合，预留出方便施加剪切应力的3mm宽的错位对边，立到专用槽池中，下端于侧边用不锈钢铁夹子夹住，上端插进刀片，使两片玻璃中间形成极薄的楔形空隙。

第六步，灌注液晶胶

与建筑夹层玻璃灌胶工艺相同，将适量的前述配置好的液晶胶灌注到两片玻璃的空隙中，抽出刀片，合拢玻璃，取下铁夹子，使液晶胶均匀充满玻璃空隙，并用洁净布擦净多余液晶胶。

第七步，紫外曝光

将前述灌注了液晶胶的两片玻璃在紫外光灯下曝光，使预聚物与向列相液晶的混合物发生相分离。紫外光灯光通量400W/m²，曝光时间1分钟，预聚物发生聚合反应，向列相液晶从聚合物中析出，形成直径约1μm的液晶微滴，此时制品外观为散射雾态，立即关闭电源暂停曝光。

第八步，剪切固化

使用特制的剪切装置对聚合物分散液晶层施加力度适当的剪切应力，制品又变成半透明状态，再次开启紫外光灯曝光2分钟进行充分固化，由此制得由两片玻璃夹层聚合物分散液晶薄膜构成的反式结构剪切效应调光玻璃。

Claims (9)

1.一种聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃，其特征在于其由两片透明浮法平板玻璃夹层聚合物分散液晶的反式结构剪切效应薄膜构成。

2.根据权利要求1所述的聚合物分散液晶的反式结构剪切效应薄膜，其特征在于是由预聚物和向列相液晶的混合物以1∶1的质量比混合后在一定条件下经紫外光固化而成。

3.根据权利要求1所述的聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃制备过程为：将预聚物与向列相液晶的混合物即液晶胶灌注到两片浮法平板玻璃空隙中，紫外光曝光一段时间后未完全固化时施加剪切应力，再进行二次曝光使其完全固化后保持剪切形变。

4.根据权利要求1所述的聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃，其特征在于玻璃为制镜业用浮法平板玻璃原材料，其厚度为3～5mm。

5.根据权利要求2所述的预聚物与向列相液晶的混合物，其特征在于预聚物是由20％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、70％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5％的增韧剂丁腈橡胶，3％的链转移剂2-巯基乙醇和2％的光引发剂1173组成，所述百分比均为质量百分比，预聚物固化后折射率可以是n_p＝1.517、1.617或1.717。

6.根据权利要求2所述的预聚物与向列相液晶的混合物，其特征在于所述向列相液晶材料的寻常光折射率为n_o＝1.517，非常光折射率为n_e＝1.717，双折射率差为0.2。

7.根据权利要求3所述的制备过程，其制品特征在于聚合物分散液晶反式结构剪切效应薄膜中液晶微滴受剪切应力作用呈长椭球形，液晶微滴中液晶分子沿剪切方向取向，调光玻璃常态半透明。

8.根据权利要求3所述的制备过程，其制品特征在于对调光玻璃施加与制备过程中剪切方向相反的剪切应力，聚合物分散液晶的反式结构剪切效应薄膜中的长椭球形的液晶微滴受剪切应力挤压作用变成圆球形，液晶微滴中液晶分子排列变杂乱，调光玻璃在剪切应力作用下变成散射态。

9.根据权利要求1所述的聚合物分散液晶的反式结构剪切效应调光玻璃的制备方法，其特征在于其制备过程为：

第一步，配制预聚物

用20％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、70％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5％的增韧剂丁腈橡胶、3％的链转移剂2-巯基乙醇和2％的光引发剂1173配制预聚物，将混合物在室温条件下搅拌十分钟充分混合均匀。

第二步，配制液晶胶

将第一步配制的预聚物与向列相液晶以1∶1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌十分钟使其充分混合形成液晶胶。液晶胶呈无色透明状态，且黏度较小。

第三步，清洁玻璃基板

把玻璃切割成需要的尺寸，在自来水中加入清洁剂对玻璃基板进行清洗，使玻璃表面洁净无污物，用清水冲洗干净，再用清洁干布擦拭去除水渍。

第四步，撒布衬垫料

在喷雾器中注入稀释溶剂挥发性胶黏剂(如502瞬干胶兑乙酸丁酯)，胶黏剂中加入衬垫料微球粉，向一片玻璃上适量喷洒该溶剂，待溶剂挥发掉，衬垫料塑料微球粘结在玻璃表面。

第五步，合玻璃

在湿法撒布了衬垫料的一片玻璃上合上另一片玻璃，两片玻璃不完全重合，预留出方便施加剪切应力的错位对边，立到专用槽池中，下端于侧边用不锈钢铁夹子夹住，上端插进刀片，使两片玻璃中间形成极薄的楔形空隙。

第六步，灌注液晶胶

与建筑夹层玻璃灌胶工艺相同，将适量的前述配制好的液晶胶灌注到两片玻璃的空隙中，抽出刀片，合拢玻璃，取下铁夹子，使液晶胶均匀充满玻璃空隙，并用洁净布擦净多余液晶胶。

第七步，紫外曝光

将前述灌注了液晶胶的两片玻璃在紫外光灯下曝光，使预聚物与向列相液晶的混合物发生相分离。紫外光灯强度适中(如光强通量400W/m²)，曝光时间大约1分钟，预聚物发生聚合反应，向列相液晶从聚合物中析出，形成直径约1μm的液晶微滴，此时制品外观为散射雾态，立即关闭电源暂停曝光。

第八步，剪切固化

当制品曝光1分钟时没有充分固化，使用特制的剪切装置对其施加力度适当的剪切应力，制品又变成半透明状态，再次开启紫外光灯曝光2分钟进行充分固化，由此制得由两片玻璃夹层聚合物分散液晶薄膜构成的反式结构剪切效应调光玻璃。

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