CN105242440B - Pdlc薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种PDLC薄膜的制备方法。本发明的PDLC薄膜的制备方法，通过将液晶与石墨烯纳米粒子混合形成第一溶液，采用柠檬酸与1,8‑辛二醇制备成预聚物，或者采用柠檬酸、1,8‑辛二醇、及1,2‑丙二醇制备成预聚物，将预聚物溶解于无水乙醇中，形成第二溶液，之后将第一溶液与第二溶液混合搅拌均匀，得到聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物，将该混合体预聚物聚合数天后，制得PDLC薄膜。本发明通过将聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子结合，间接改变了聚合物基体的介电性，进而增强了聚合物分散液晶的反应速度、降低了聚合物分散液晶的驱动电压，且通过本发明的PDLC薄膜的制备方法所制得的PDLC薄膜的大小及厚度可调，应用更加便捷。

Description

PDLC薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种PDLC薄膜的制备方法。
背景技术
薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFT-LCD)包含彩色滤光片基板(Color Filter Substrate，CF Substrate，)和薄膜晶体管阵列基板(Thin Film Transistor Substrate，TFT Substrate)，基板相对内侧存在透明电极。两片基板之间夹一层液晶分子(Liquid Crystal，LC)。液晶显示器是通过电场对液晶分子取向的控制，改变光的偏振状态，并藉由偏光板实现光路的穿透与阻挡，实现显示的目的。
可以说，当前不论是大中小尺寸的显示器，均被LCD占据着绝对的市场。而在当前的LCD应用市场中，可用于大型商场、超市、酒店大堂、影院、教育、医疗以及其它人流汇集的公共场所的终端显示设备得到了越来越多的需求和应用，其正以每年30％以上的速度增长着。
另一方面，聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal，PDLC)作为液晶调光阀，近年已被广泛关注和使用。聚合物分散液晶是将低分子液晶与预聚物相混合，在一定条件下经聚合反应，形成微米级的液晶微滴均匀地分散在高分子网络中，再利用液晶分子的介电各向异性获得具有电光响应特性的材料，它主要工作在散射态和透明态之间并具有一定的灰度。聚合物分散型液晶显示器具有很多优点，例如不需偏振片和取向层，制备工艺简单，易于制成大面积柔性显示器等，目前已在光学调制器、热敏及压敏器件、电控玻璃、光阀、投影显示、电子书等方面获得广泛应用。其工作原理是在无外加电压的情形下，膜间不能形成有规律的电场，液晶微粒的光轴取向随机，呈现无序状态，其有效折射率n0不与聚合物的折射率np匹配。入射光线被强烈散射，薄膜呈不透明或半透明状。施加了外电压后，液晶微粒的光轴垂直于薄膜表面排列，即与电场方向一致。微粒之寻常光折射率与聚合物的折射率基本匹配，无明显介面，构成了一基本均匀的介质，所以入射光不会发生散射，薄膜呈透明状。因此，在外加电场的驱动下，PDLC具备光开关特性，而且透明程度还会随着施加电压的增大而沿一定曲线式的提高。
此外，在TFT-LCD中也开始展露应用头角的石墨烯，是继富勒烯、碳纳米管之后纳米材料研究领域又一里程碑式的重大科学发现。石墨烯是碳原子以sp杂化连接的单原子层构成的二维原子晶体，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环结构，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于石墨烯片平面内π轨道的存在，电子可在晶体中自由移动，使得石墨烯具有十分优异的电子传输性能。其还具有很多特殊性质，比如零能隙，反常的量子霍耳效应，朗道量子性等，逐渐的吸引了越来越多的平板显示业内人士对其应用的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PDLC薄膜的制备方法，可降低聚合物分散液晶的驱动电压、加快聚合物分散液晶的响应速度，且制得的PDLC薄膜的大小及厚度可调。
为实现上述目的，本发明提供一种PDLC薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供液晶、及石墨烯纳米粒子；将所述石墨烯纳米粒子与液晶按照0.1～20：100的质量比进行混合并搅拌均匀，得到第一溶液；
步骤2、提供柠檬酸与1,8-辛二醇；将所述柠檬酸与1,8-辛二醇按照1：1的摩尔比投放到圆底烧瓶中，在氮气保护、常压条件下于120～150℃搅拌，熔融反应至磁力搅拌困难即接近凝胶点时停止搅拌，得到具有一定分子量的预聚物；
或者提供柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇；将所述柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇按照1：0.6～0.9：0.1～0.4的摩尔比投放到圆底烧瓶中，在氮气保护、常压条件下于120～150℃搅拌，熔融反应至磁力搅拌困难即接近凝胶点时停止搅拌，得到具有一定分子量的预聚物；
步骤3、将步骤2得到的预聚物溶解于无水乙醇中，并搅拌均匀得到预聚物的质量体积浓度为25～40w/v％的第二溶液；
步骤4、将所述第一溶液与第二溶液按照100：10～30的体积比进行混合并搅拌均匀，得到聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物，将所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物在常压、60～80℃下聚合3～7天，待乙醇完全挥发后，制得PDLC薄膜。
所述步骤1中，将所述石墨烯纳米粒子与液晶按照0.1～5：100的质量比进行混合。
所述步骤1中的石墨烯纳米粒子采用机械剥离法、氧化还原法、碳化硅外延生长法、或化学气相沉积法获得。
所述步骤1中的石墨烯纳米粒子的粒径范围为0nm～80nm。
所述步骤1中采用机械搅拌得到所述第一溶液；所述步骤2中采用磁力搅拌得到所述预聚物；所述步骤4中采用磁力搅拌得到所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物。
所述步骤2在140℃恒温条件下进行；所述步骤2中采用的圆底烧瓶为四口圆底烧瓶。
所述步骤2中，将所述柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇按照1：0.6：0.4、1：0.7：0.3、1：0.8：0.2、或1：0.9：0.1的摩尔比投放到圆底烧瓶中。
所述步骤3得到预聚物的质量体积浓度为33w/v％的第二溶液。
所述步骤4中，将所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物在常压、70℃下聚合5天，制得PDLC薄膜。
所述PDLC薄膜内部具备交联的网络结构。
本发明的有益效果：本发明的PDLC薄膜的制备方法，通过将液晶与石墨烯纳米粒子混合形成第一溶液，采用柠檬酸与1,8-辛二醇制备成预聚物，或者采用柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇制备成预聚物，将预聚物溶解于无水乙醇中，形成第二溶液，之后将第一溶液与第二溶液混合搅拌均匀，得到聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物，将该混合体预聚物聚合数天后，制得PDLC薄膜。本发明通过将聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子结合，间接改变了聚合物基体的介电性，进而增强了聚合物分散液晶的反应速度、降低了聚合物分散液晶的驱动电压，构建出了聚合物分散液晶中的一种新型的液晶与聚合物的组合，且通过本发明的PDLC薄膜的制备方法所制得的PDLC薄膜的大小及厚度可调，应用更加便捷。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，
图1为本发明的PDLC薄膜的制备方法的流程图；
图2-图3为本发明的PDLC薄膜的制备方法的步骤1的示意图；
图4-图5为本发明的PDLC薄膜的制备方法的步骤2的示意图；
图6为本发明的PDLC薄膜的制备方法的步骤3的示意图；
图7为本发明的PDLC薄膜的制备方法的步骤4的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1，本发明提供一种PDLC薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、如图2-图3所示，提供液晶11、及石墨烯纳米粒子12；将所述石墨烯纳米粒子12与液晶11按照0.1～20：100的质量比进行混合并搅拌均匀，得到第一溶液1。
优选的，所述石墨烯纳米粒子12与液晶11按照0.1～5：100的质量比进行混合。
具体的，所述石墨烯纳米粒子12采用机械剥离法、氧化还原法、碳化硅外延生长法、或化学气相沉积法获得。
具体的，所述石墨烯纳米粒子12的粒径范围为0nm～80nm。
具体的，所述步骤1中采用机械搅拌得到所述第一溶液1。
步骤2、如图4所示，提供柠檬酸21与1,8-辛二醇22；将所述柠檬酸21与1,8-辛二醇22按照1：1的摩尔比投放到圆底烧瓶中，在氮气保护、常压条件下于120～150℃搅拌，熔融反应至搅拌困难即接近凝胶点时停止搅拌，得到具有一定分子量的预聚物20；
或者，如图5所示，提供柠檬酸21、1,8-辛二醇22、及1,2-丙二醇23；将所述柠檬酸21、1,8-辛二醇22、及1,2-丙二醇23按照1：0.6～0.9：0.1～0.4的摩尔比投放到圆底烧瓶中，在氮气保护、常压条件下于120～150℃搅拌，熔融反应至搅拌困难即接近凝胶点时停止搅拌，得到具有一定分子量的预聚物20。
具体的，所述步骤2中采用磁力搅拌得到所述预聚物。
优选的，所述步骤2中采用的圆底烧瓶为四口圆底烧瓶。
优选的，所述步骤2在140℃恒温条件下进行。
优选的，所述步骤2中，将所述柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇按照1：0.6：0.4、1：0.7：0.3、1：0.8：0.2、或1：0.9：0.1的摩尔比投放到圆底烧瓶中。
步骤3、将步骤2得到的预聚物20溶解于无水乙醇30中，并搅拌均匀得到预聚物20的质量体积浓度为25-40w/v％的第二溶液2。
优选的，所述步骤3得到预聚物20的质量体积浓度为33w/v％的第二溶液2。
步骤4、如图6所示，将所述第一溶液1与第二溶液2按照100：10～30的体积比进行混合并搅拌均匀，得到聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子12的混合体预聚物，将所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子12的混合体预聚物在常压、60～80℃下聚合3～7天，待乙醇完全挥发后，制得PDLC薄膜。
具体的，所述步骤4中采用磁力搅拌得到所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子12的混合体预聚物。
优选的，所述第一溶液1与第二溶液2按照100：20的体积比进行混合。
优选的，将所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子12的混合体预聚物在常压、70℃下聚合5天，制得PDLC薄膜。
采用本发明的PDLC薄膜的制备方法所制得的PDLC薄膜为具有一定交联程度而不同单体摩尔比的改性弹性体聚合物薄膜，所述PDLC薄膜的大小和厚度可依照需求及条件自行设定。所述PDLC薄膜内部具备交联的网络结构，同时具有成膜可塑性，相较于传统的聚合物分散液晶具有更快的响应速度。
以下结合5个具体实施例对本发明的PDLC薄膜的制备方法进行详细具体说明：
实施例1：
一种PDLC薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供液晶、及石墨烯纳米粒子；将所述石墨烯纳米粒子与液晶按照0.1：100的质量比投入容器中，通过机械搅拌混合均匀，得到第一溶液；其中，所述石墨烯纳米粒子的粒径为0.1nm；
步骤2、提供柠檬酸与1,8-辛二醇；将所述柠檬酸与1,8-辛二醇按照1：1的摩尔比投放到四口圆底烧瓶中，在氮气保护、常压条件下于120℃恒温磁力搅拌，熔融反应至搅拌困难即接近凝胶点时停止搅拌，得到具有一定分子量的预聚物；
步骤3、将步骤2得到的预聚物溶解于无水乙醇中，并搅拌均匀得到预聚物的质量体积浓度为25w/v％的第二溶液；
步骤4、将所述第一溶液与第二溶液按照100：10的体积比进行混合，采用磁力搅拌的方式混合均匀，得到聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物，将所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物在常压、60℃下聚合7天，待乙醇完全挥发后，制得PDLC薄膜。
实施例2：
一种PDLC薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供液晶、及石墨烯纳米粒子；将所述石墨烯纳米粒子与液晶按照5：100的质量比投入容器中，通过机械搅拌混合均匀，得到第一溶液；其中，所述石墨烯纳米粒子的粒径范围为20nm；
步骤2、提供柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇；将所述柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇按照1：0.6：0.4的摩尔比投放到四口圆底烧瓶中，在氮气保护、常压条件下于130℃恒温磁力搅拌，熔融反应至磁力搅拌困难即接近凝胶点时停止搅拌，得到具有一定分子量的预聚物；
步骤3、将步骤2得到的预聚物溶解于无水乙醇中，并搅拌均匀得到预聚物的质量体积浓度为30w/v％的第二溶液；
步骤4、将所述第一溶液与第二溶液按照100：15的体积比进行混合，采用磁力搅拌的方式混合均匀，得到聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物，将所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物在常压、70℃下聚合5天，待乙醇完全挥发后，制得PDLC薄膜。
实施例3：
一种PDLC薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供液晶、及石墨烯纳米粒子；将所述石墨烯纳米粒子与液晶按照10：100的质量比投入容器中，通过机械搅拌混合均匀，得到第一溶液；其中，所述石墨烯纳米粒子的粒径范围为40nm；
步骤2、提供柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇；将所述柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇按照1：0.7：0.3的摩尔比投放到四口圆底烧瓶中，在氮气保护、常压条件下于140℃恒温磁力搅拌，熔融反应至磁力搅拌困难即接近凝胶点时停止搅拌，得到具有一定分子量的预聚物；
步骤3、将步骤2得到的预聚物溶解于无水乙醇中，并搅拌均匀得到预聚物的质量体积浓度为33w/v％的第二溶液；
步骤4、将所述第一溶液与第二溶液按照100：20的体积比进行混合，采用磁力搅拌的方式混合均匀，得到聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物，将所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物在常压、80℃下聚合3天，待乙醇完全挥发后，制得PDLC薄膜。
实施例4：
一种PDLC薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供液晶、及石墨烯纳米粒子；将所述石墨烯纳米粒子与液晶按照15：100的质量比投入容器中，通过机械搅拌混合均匀，得到第一溶液；其中，所述石墨烯纳米粒子的粒径范围为60nm；
步骤2、提供柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇；将所述柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇按照1：0.8：0.2的摩尔比投放到四口圆底烧瓶中，在氮气保护、常压条件下于150℃恒温磁力搅拌，熔融反应至磁力搅拌困难即接近凝胶点时停止搅拌，得到具有一定分子量的预聚物；
步骤3、将步骤2得到的预聚物溶解于无水乙醇中，并搅拌均匀得到预聚物的质量体积浓度为35w/v％的第二溶液；
步骤4、将所述第一溶液与第二溶液按照100：25的体积比进行混合，采用磁力搅拌的方式混合均匀，得到聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物，将所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物在常压、65℃下聚合7天，待乙醇完全挥发后，制得PDLC薄膜。
实施例5：
一种PDLC薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供液晶、及石墨烯纳米粒子；将所述石墨烯纳米粒子与液晶按照20：100的质量比投入容器中，通过机械搅拌混合均匀，得到第一溶液；其中，所述石墨烯纳米粒子的粒径范围为80nm；
步骤2、提供柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇；将所述柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇按照1：0.9：0.1的摩尔比投放到四口圆底烧瓶中，在氮气保护、常压条件下于140℃恒温磁力搅拌，熔融反应至磁力搅拌困难即接近凝胶点时停止搅拌，得到具有一定分子量的预聚物；
步骤3、将步骤2得到的预聚物溶解于无水乙醇中，并搅拌均匀得到预聚物的质量体积浓度为40w/v％的第二溶液；
步骤4、将所述第一溶液与第二溶液按照100：30的体积比进行混合，采用磁力搅拌的方式混合均匀，得到聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物，将所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物在常压、75℃下聚合4天，待乙醇完全挥发后，制得PDLC薄膜。
综上所述，本发明的PDLC薄膜的制备方法，通过将液晶与石墨烯纳米粒子混合形成第一溶液，采用柠檬酸与1,8-辛二醇制备成预聚物，或者采用柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇制备成预聚物，将预聚物溶解于无水乙醇中，形成第二溶液，之后将第一溶液与第二溶液混合搅拌均匀，得到聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子的混合体预聚物，将该混合体预聚物聚合数天后，制得PDLC薄膜。本发明通过将聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子结合，间接改变了聚合物基体的介电性，进而增强了聚合物分散液晶的反应速度、降低了聚合物分散液晶的驱动电压，构建出了聚合物分散液晶中的一种新型的液晶与聚合物的组合，且通过本发明的PDLC薄膜的制备方法所制得的PDLC薄膜的大小及厚度可调，应用更加便捷。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种PDLC薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、提供液晶(11)、及石墨烯纳米粒子(12)；将所述石墨烯纳米粒子(12)与液晶(11)按照0.1～20：100的质量比进行混合并搅拌均匀，得到第一溶液(1)；
步骤2、提供柠檬酸(21)与1,8-辛二醇(22)；将所述柠檬酸(21)与1,8-辛二醇(22)按照1：1的摩尔比投放到圆底烧瓶中，在氮气保护、常压条件下于120～150℃搅拌，熔融反应至磁力搅拌困难即接近凝胶点时停止搅拌，得到具有一定分子量的预聚物(20)；
或者提供柠檬酸(21)、1,8-辛二醇(22)、及1,2-丙二醇(23)；将所述柠檬酸(21)、1,8-辛二醇(22)、及1,2-丙二醇(23)按照1：0.6～0.9：0.1～0.4的摩尔比投放到圆底烧瓶中，在氮气保护、常压条件下于120～150℃搅拌，熔融反应至搅拌困难即接近凝胶点时停止搅拌，得到具有一定分子量的预聚物(20)；
步骤3、将步骤2得到的预聚物(20)溶解于无水乙醇(30)中，并搅拌均匀得到预聚物的质量体积浓度为25～40w/v％的第二溶液(2)；
步骤4、将所述第一溶液(1)与第二溶液(2)按照100：10～30的体积比进行混合并搅拌均匀，得到聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子(12)的混合体预聚物，将所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子(12)的混合体预聚物在常压、60～80℃下聚合3～7天，待乙醇完全挥发后，制得PDLC薄膜。
2.如权利要求1所述的PDLC薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，将所述石墨烯纳米粒子(12)与液晶(11 )按照0.1～5：100的质量比进行混合。
3.如权利要求1所述的PDLC薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的石墨烯纳米粒子(12)采用机械剥离法、氧化还原法、碳化硅外延生长法、或化学气相沉积法获得。
4.如权利要求1所述的PDLC薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的石墨烯纳米粒子(12)的粒径范围为0nm～80nm。
5.如权利要求1所述的PDLC薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1中采用机械搅拌得到所述第一溶液(1)；所述步骤2中采用磁力搅拌得到所述预聚物(20)；所述步骤4中采用磁力搅拌得到所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子(12)的混合体预聚物。
6.如权利要求1所述的PDLC薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2在140℃恒温条件下进行；所述步骤2中采用的圆底烧瓶为四口圆底烧瓶。
7.如权利要求1所述的PDLC薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，将所述柠檬酸、1,8-辛二醇、及1,2-丙二醇按照1：0.6：0.4、1：0.7：0.3、1：0.8：0.2、或1：0.9：0.1的摩尔比投放到圆底烧瓶中。
8.如权利要求1所述的PDLC薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3得到预聚物(20)的质量体积浓度为33w/v％的第二溶液(2)。
9.如权利要求1所述的PDLC薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，将所述聚合物分散液晶与石墨烯纳米粒子(12)的混合体预聚物在常压、70℃下聚合5天，制得PDLC薄膜。
10.如权利要求1所述的PDLC薄膜的制备方法，其特征在于，所述PDLC薄膜内部具备交联的网络结构。
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