CN105275334A - 一种应变调光窗的构造和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应变调光窗的构造和应用，它由两片长条形浮法玻璃夹层应变液晶弯曲效应膜结成。该应变液晶弯曲效应调光窗具有散射雾态外观，当对玻璃窗施加按压应力产生弯曲形变时，该夹胶玻璃局部变成半透明态；撤掉应力恢复雾态。本发明应变液晶弯曲效应调光窗，适用于制作医院病房门观察窗等新产品，尤其是适合在精神卫生康复中心病房门窗上获得应用。

Description

一种应变调光窗的构造和应用

技术领域

本发明技术方案涉及一种应变调光窗的构造和应用，是属于高分子功能材料——特种胶粘剂和液晶器件物理学科交叉成果在建筑装修新材料——特种功能玻璃上应用的技术领域。

背景技术

调光玻璃是玻璃的颜色或透光率可随外场调节的特种功能玻璃，有电致变色、电控调光、温致变色、光致变色等工作原理，而本发明应用的是应变调光原理。聚合物分散液晶(PDLC)是聚合物与液晶复合体系，基于PDLC的电控调光膜当前已经是获得广泛应用的调光玻璃产品。实用新型CN201850952U提出了内置百叶窗帘的中空玻璃医疗观察窗设计方案，实用新型CN203081246U提出了防盗门观察窗的设计方案。我们在对聚合物分散液晶研究中发现，施加应力对聚合物的聚合以及液晶分子排列状态有影响，即有应力诱导液晶取向作用，这个研究领域称为应变液晶(SLC)。在前期本发明人已经包干获得和公开了应变调光玻璃方面很多发明专利(ZL200810154177.1、ZL200910070975.0、ZL201210324128.4、ZL201210324127.X、ZL201310013345.6、ZL201310135804.8)，在这些工作基础上进一步的产品研制和产业化过程中实验新发现了弯曲效应，产生了本发明的灵感。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：一种应变调光窗，例如应用在精神卫生康复中心，病房门上有竖长条形玻璃窗，朝室内一面是安全透明钢化玻璃，朝室外走廊一面是本发明应变调光玻璃，调光玻璃与钢化玻璃之间上下两端夹有隔垫，使两种玻璃之间留有数毫米间隙，应变调光窗与钢化玻璃形成中空玻璃。平常调光窗处于散射雾态，起到保护病房内患者隐私作用。医护人员从室外用手轻按调光玻璃中间，玻璃发生微小弯曲，玻璃局部就有从散射雾态变成半透明态的变化，起到方便查看监护作用。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：应变调光窗的构造是由两片浮法玻璃和中间夹层聚合物分散液晶薄膜构成的夹胶玻璃制品。本发明使用的聚合物分散液晶材料由紫外光固化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大约3∶2的质量比组成。所述预聚物是由25～30％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、65～70％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3～5％的光引发剂1173组成，预聚物固化后折射率可以大致为n_p～1.5。所述向列相液晶材料的寻常光折射率大致为n_o～1.5，非常光折射率大致为n_e～1.7，双折射率差为Δn～0.2以上。本发明应变调光窗所用相分离技术采用紫外光固化相分离技术，其中聚合物分散液晶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。其中所述浮法玻璃，单片玻璃厚度为2～3mm。

本发明的有益效果：所述应变调光窗在常态下呈散射雾态，液晶微滴为球形微滴，液晶分子无一致取向，液晶微滴的光学性质既不是各向同性普通液体，也不是各向异性单轴晶体，光束在液晶微滴中不沿直线传播，在液晶与聚合物界面处又因折射率突变而发生反射和折射，因此发生强烈光散射。当对聚合物分散液晶层施加按压应力时，玻璃发生弯曲形变，液晶微滴中液晶分子沿某些方向大致倾斜取向，因此液晶微滴表现为各向异性单轴晶体的性质，而选择聚合物折射率n_p与液晶寻常光折射率n_o相等，当对聚合物分散液晶层施加按压应力时，液晶微滴形状从圆球形变成倾斜长椭球形状，液晶分子沿倾斜方向大致取向，液晶微滴也可以看作是各向异性单轴晶体，沿平行倾斜方向折射率是n_e和聚合物折射率n_p不相等且相差较大，沿垂直倾斜方向是折射率n_o与聚合物折射率n_p相等。但是入射自然光可以分解成沿倾斜方向和垂直倾斜方向两个分量，于是平行倾斜方向的一半光散射，沿垂直倾斜方向的一半光透射，这时调光玻璃就具有散射偏光玻璃功能。这种弯曲效应具有奇特的视角特性，液晶微滴倾斜方向关于按压点对称分布，造成各处透光率大不相同，顺着倾斜方向观察透光率比较高，有透光率超过50％的位置，但按压位置处十分散射。如果透过吸收偏光片检查可发现，发生弯曲的顶点无透光轴，两翼有透光轴，透光轴方向垂直于弯曲方向。

本发明的应变调光窗制作中经过优化，性能指标可以达到按压前雾态雾度90％以上，按压后发生弯曲效应半透明态透光率局部高达40％以上，观看清晰度可以与佩戴墨镜相比拟。本发明所采用的玻璃厚度在2～3mm之间，既保障玻璃有足够的强度，又允许玻璃产生一定的弯曲，试验表明，弯曲量在弧长1m情况下，弧高5mm，就能发现足以获得明显的透光率变化。

本发明应变调光窗与现有钢化玻璃夹电控调光膜产品相比，具有新特征：现有电控调光膜制造技术要求高，电控调光膜生产线投资巨大(数千万元)，生产成本高，产品价格昂贵，产品适用于较大面积超豪华装修领域。本发明应变调光窗与发明者自己前期申报的几项调光玻璃专利比较，压光效应调光玻璃制作大面积制品时，中间不撒布衬垫料就很难制作出厚度均匀的制品；剪切效应调光玻璃面积越大，需要玻璃越厚，施加剪切应力也越难，而弯曲效应则解决了大面积样品制作与应用实际问题。本发明产业化投资小(无需洁净车间，设备只是数千元的紫外光灯曝光台)，工艺简单，产品成本低(原材料成本低于每平米200元)，安装方便，应用广泛。

本发明尚有不足之处，受原理限制，应变调光窗不适合用钢化玻璃和厚玻璃制作，原因是这样玻璃很硬，按压不出弯曲效应。正因如此，为安全起见，需要与钢化玻璃搭配组成中空玻璃结构，还需要在应变调光玻璃上包覆安全防爆膜。

本发明也有扩展丰富品种空间，在液晶胶中加入油溶性彩色染料，可制备出有色应变调光玻璃窗，实现从有色雾态向有色半透明态变化的效果。此外在加工时，采用打字胶片遮光和二次曝光技术，能在玻璃窗上加工出文字和简单图案(如“安静”、竹叶等)

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本发明应变调光窗构造示意图，101——安全防爆膜，102——前浮法玻璃，103——聚合物分散液晶层，104——后浮法玻璃，105——间隙，106——安全防爆膜，107——隔垫，108——钢化玻璃。

图2本发明应变调光窗视角特性示意图，201——按压部位，液晶微滴内分子排列混乱造成散射不透明，202——沿倾斜方向观察很透明，203——垂直玻璃表面方向观察半透明。

具体实施方式

应变调光窗的制造方法基本步骤是：

第一步，配制预聚物，用25～30％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、65～75％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3～5％的光引发剂1173配制预聚物。

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3∶2的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌2分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且粘度较小。

第三步，清洁玻璃基板，把厚度2～3mm的透明浮法玻璃切割成需要的长条形尺寸，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，用自来水冲洗干净，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粘剂(如502瞬干胶粘剂兑无水酒精或乙酸丁酯试剂)，溶剂中加入10～30μm的衬垫料微球粉，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，倾斜放到专用搪瓷盘槽池中，下端于侧边用不锈钢铁夹子夹住，上端插进注射器针头，使两片玻璃中间形成极薄的楔形空隙。

第六步，灌注液晶胶，将适量的前述配置好的液晶胶用注射器灌注到两片玻璃的空隙中，待液晶胶留到玻璃下方，渐渐抽出注射器针头，合拢玻璃，取下铁夹子，使液晶胶均匀充满玻璃空隙。

第七步，压盒，把夹胶玻璃从槽池中取出放到铺有厚玻璃的水平桌面上，在玻璃上加放两张厚玻璃重物对液晶胶层施加压力挤出多余液晶胶使液晶胶层厚度均匀，用注射器抽取回收溢出的多余液晶胶，并用纸巾擦干净周边残留液晶胶。

第八步，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2分钟，预聚物发生聚合反应，向列相液晶从聚合物中析出，形成直径小于1μm的液晶微滴，制品外观为散射雾态。

第九步，安装成窗，对制品做防爆覆膜处理，并沿周边涂覆硅胶防潮防氧化黄变，根据具体应用，调光窗可以从上下两端夹玻璃条直接粘贴到钢化玻璃上，中间留出满足弯曲形变的数毫米间隙，还可以有其他多种安装方案。

实施例1，精神卫生康复中心病房门窗，安装方法是：室内一面有钢化玻璃，室外一面是应变调光玻璃，调光玻璃包覆上安全防爆膜(广东中山市安可科技公司提供)，门上窗口面积长1m，宽0.2m，隔垫厚度5mm，即允许弯曲量0.5％，受按压透光率可达40％，能满足看清病房内情况的要求，是从室外看室内的单方调光。

实施例2，办公室经理室窗隔断，安装方法是：经理室内一面是应变调光玻璃，室外一面有普通窗玻璃，能达到按压看清外面办公室员工工作情况的要求。由于在办公室正常人群中应用，无需采取安全防爆措施，是从室内看室外的单方调光。

实施例3，办公室同事办公桌隔断，安装方法是：同事之间应变调光窗，两侧都可以调光，按压能看清隔断两侧办公室员工。由于在办公室正常人群中应用，无需考虑安全防爆措施，是从一个办公桌看相邻办公桌的双方调光。

Claims (8)

1.一种应变调光窗，其特征在于其是由两片浮法玻璃夹层聚合物分散液晶膜构成的长条形夹层玻璃制品，安装在例如医院病房门上。

2.根据权利要求1所述的应变调光窗，其特征在于所用玻璃为浮法玻璃，单片玻璃厚度在2～3mm范围，根据具体应用，可以是夹胶玻璃再与钢化玻璃组合成安全玻璃，还可以是夹胶玻璃包覆上防爆安全膜构造。

3.根据权利要求1所述的应变调光窗，其特征在于聚合物分散液晶层是由预聚物和液晶的混合物以约3∶2的质量比混合后在一定条件下经紫外光固化而制成。

4.根据权利要求2所述的聚合物分散液晶层，其特征在于预聚物是由可聚合单体丙氧基壬苯基丙烯酸酯15～25％，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯65～75％，链转移剂癸二酸3～5％，3～5％的增韧剂丁腈橡胶，光引发剂1173为3～5％，所述百分比均为质量百分比，预聚物固化后折射率大致是n_p＝1.5。

5.根据权利要求2所述的聚合物分散液晶层，其特征在于所述液晶材料是正性向列相液晶，寻常光折射率约为n_o＝1.5，非常光折射率约为n_e＝1.7以上，双折射率差在0.2～0.25之间。

6.根据权利要求1所述的应变调光窗制备过程为：将预聚物与向列相液晶的混合物灌注到两片浮法玻璃之间，经紫外光曝光发生相分离，制品外观是散射雾态。

7.根据权利要求1所述的应变调光窗，其制品特征在于对调光窗施加按压应力，夹胶玻璃发生弯曲形变，导致聚合物分散液晶薄膜中的液晶分子具有特定取向排列，调光窗部分区域从散射态变成朦胧半透明态。

8.根据权利要求1所述的应变调光窗，其应用在于它可以作为医院用病房门观察窗，即可以起到保护患者隐私作用，又方便护士巡视监护，尤其适用于精神卫生康复中心病房，在其他场合例如办公室隔断等也可以获得应用。