CN107817627B - SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜及制备方法 - Google Patents

SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜及制备方法,属于液晶材料应用领域。本发明将SiO2气凝胶薄膜与胆甾相液晶混合物复合，在365nm 1～10mw/cm‑2的紫外光下经聚合而成。其中，SiO2气凝胶薄膜先由正硅酸乙酯经酸碱两步催化形成前驱液，再涂覆成型，成型后的湿凝胶再经过老化、溶剂替换以及改性等前期处理；最后，将SiO2湿凝胶薄膜热处理10～60min，自然冷却后出炉，制备而成。胆甾相液晶混合物原料重量份配比为：向列相液晶70～93份、自由基聚合单体5～20份、手性化合物1～5份、光引发剂的含量1～5份。本方法利用SiO2气凝胶薄膜有效地拓宽了宽波反射薄膜的制备途径，具有成本低、工艺简单、光学效果好及用途多样化等特点，且市场前景广阔。

Description

SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜及制备方法
技术领域
本发明属于液晶材料应用领域，具体涉及一种用SiO2气凝胶薄膜复合胆甾相液晶材料制备宽波反射膜的方法。
背景技术
宽波反射液晶薄膜在日常的生活和生产中有着广泛应用，并且具有极大商业价值。随着液晶材料成本的降低，生产技术进一步优化和中国液晶相关产业更加完善，宽波反射液晶薄膜将成为这些领域重要的组成部分。在液晶显示(LCD)方面，由于液晶材料本身不具有发光能力，因而需要预置背光源来提高入射光线。但是，因为吸收式偏振片和彩色滤色片等诸多液晶器件的存在，背光源中只有6％的光被利用。这便造成大量的光源被浪费，进而造成整个液晶显示器件功耗的增加。利用宽波反射胆甾相液晶薄膜作为LCD背光源的预置偏振片，LCD 的功耗有望大幅度降低。在不加光增亮膜的条件下，由于偏振片的作用，假设左旋光透射，右旋光被屏蔽，光的利用率只有50％。在添加右旋光增亮膜后，被屏蔽的右旋光被反射，在底部通过反光板反射，被反射的右旋光经二次反射变成左旋光，从而这部分光也能通过偏振片，这样增加了背光源的利用率，降低液晶显示屏背光源的耗电量，节能效果明显。
现在有很多技术手段可以改变胆甾相液晶的螺距，用来实现很好的宽波反射效果，其中由于纳米掺杂具有工艺简单而被广泛应用，如杨槐等人(CN102621617)将一维纳米材料与胆甾相液晶混合并灌入液晶盒或薄膜中，通过施加不同电场来控制反射波宽。但是由于纳米粒子的团聚作用以及在液晶溶解度较低，因而其掺杂浓度有限。SiO2气凝胶有较好的纳米多孔结构，而且具有光透过率高，比表面积大的优点，故将其制备成二维的薄膜状材料掺杂到胆甾相液晶中不仅能够有效的解决纳米粒子掺杂浓度受限的缺点，更有可能很好地解决液晶显示屏及其他液晶材料的光利用率问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种能实现宽波反射的SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型薄膜材料的制备方法。解决的技术问题在于克服现有纳米颗粒掺杂型胆甾相液晶薄膜中纳米粒子团聚、掺杂浓度受限制等问题，提供一种新型的SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射薄膜及其制备方法。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
本发明一种SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜，其特征在于：所述复合型宽波反射膜共有三层结构，第一层为表面涂有聚乙烯醇(PVA)薄膜的玻璃基板，第二层为胆甾相液晶混合物，胆甾相液晶在PVA取向层的作用下呈平面织构，第三层为表面沉积SiO2气凝胶薄膜的玻璃基板。
进一步地，所述的SiO2气凝胶薄膜，孔隙率分布50～99.8％，粒径分布5～50nm，孔径分布5～50nm，膜厚分布0.5～5μm。
如上所述的一种SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜，其特征在于：SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射薄膜的具体制备工艺为：
1、SiO2气凝胶薄膜的制备，将正硅酸四乙酯/异丙醇/浓度为0.1～1 mol/L盐酸溶液按质量比：1/(0.86～2.59)/(0.09～2.60)混合均匀，并置于60～75℃的温度条件下反应1～5h。随后，将浓度为0.1～1mol/L 的氨水溶液加入到上述溶液中，氨水溶液与正硅酸四乙酯质量比为 (0.09～2.60)/1，并将混合溶液置于50～60℃的温度条件下凝胶15～55min；上述前驱液，在异丙醇的饱和气氛中经由涂覆成膜，并分别在50～60℃的异丙醇溶液、正己烷溶液及体积分数为1～15％的三甲基氯硅烷/正己烷混合溶液中静置1～2d；随后在200～450℃的温度条件下，将薄膜热处理10～60min，自然冷却后出炉，制备成SiO2气凝胶薄膜。
2、制备具有SiO2气凝胶薄膜的液晶盒，将表面涂有PVA薄膜的玻璃基板经绒布摩擦平行取向，并与表面附着有SiO2气凝胶薄膜的玻璃基板组合，两片基板由10～45μm的PET进行间隔。其中，聚乙烯醇薄膜层的厚度为1～5μm。
3、混配胆甾相液晶混合物，
胆甾相液晶混合物，由不可光聚合的向列相小分子液晶、自由基聚合单体、手性化合物及光引发剂按比例混配，加热至60～95℃，液晶混合物清亮，经震荡后混合均匀后，将液晶混合物灌入到液晶盒当中；随后，在0～50℃的温度条件下，经365nm 1～10mw/cm-2的紫外光下聚合，最终制备出SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射薄膜。
其中，不可光聚合的向列相小分子液晶的重量占胆甾相液晶混合物的 70～93％；自由基聚合单体的重量占胆甾相液晶混合物的5～20％；手性化合物的重量占胆甾相液晶混合物的1～5％；光引发剂的重量占胆甾相液晶混合物的1～5％。
进一步地，所述的胆甾相液晶混合物的配比为：向列相液晶70～93 份、自由基聚合单体5～20份、手性化合物1～5份、光引发剂的含量1～5份。
进一步地，所述的向列相液晶双折射率范围0.1～0.3，清亮点在60～ 92℃。胆甾相液晶的反射波宽与液晶材料本身的双折射率成正比关系，双折射率越高，SiO2气凝胶薄膜对于胆甾相液晶的反射波宽影响越大；同时，较低的清亮点有利于降低胆甾相液晶的粘度，并在室温条件下形成较大的螺距。
进一步地，所述的自由基聚合单体为液晶性聚合单体，有利于胆甾相液晶分子在聚合物锚定的作用下仍能保持较好的织构结构。包括下列单体中的一种或几种：丙烯酸叔丁酯5～20份、乙二醇二甲基丙烯酸酯5～20份、1,4-双(4-(6’-丙烯氧基己氧基)苯甲酰氧基)-2- 甲苯(C6M)5～20份。
进一步地，所述的手性化合物为下列化合物中的一种或几种：(+)-4’ -(2–甲基丁基)-4-联苯氰(CB15)1～5份、(+)-双(4’-(2–甲基丁基)-4-联苯甲酸)联二萘酚酯(CD)1～5份、(13BR)-5,6-二氢-5-(反式 -4-丙基环己基)-4H-二萘并[2,1-F:1',2'-H][1,5]二氧杂环壬四烯(R5011) 1～5份。所述手性化合物可以诱导向列相液晶转变为胆甾相液晶，同时所诱导的胆甾相液晶的螺距具有一定温度依赖性。因此，聚合温度越高，SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的反射波宽越宽，进而可通过改变聚合温度，灵活调节SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的反射波宽。
进一步地，所述的光引发剂为下列引发剂中的一种或几种：安息香双甲醚1～5份、安息香异丙醚1～5份、2,4-二羟基二苯甲酮1～5 份。
所述前驱液的粘度需保证在5～15cp，否则将严重影响成膜质量。所述成膜过程需在异丙醇饱和气氛中进行；成型后的样品需在在饱和气氛中静止30～300s。
所述液晶盒基板内侧的PVA薄膜需沿表面做摩擦取向处理，取向处理可采用摩擦法或化学法。
本发明将SiO2气凝胶薄膜应用到胆甾相液晶宽波反射膜的制备中，其意义在于：
1)由于SiO2气凝胶薄膜具有极高的孔隙率(50～99.8％)、纳米尺寸的骨架颗粒(5～50nm)，SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜拥有较宽的反射波宽，反射波宽可达270nm。
2)SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜有效地避免了纳米粒子在液晶中的团聚及其掺杂量受限等问题。
3)SiO2气凝胶薄膜的折射率可随孔隙率线性变化。因而，可以灵活改变其折射率，使得SiO2气凝胶薄膜的折射率与宿主液晶材料的折射率相匹配，可以有效地减少光散射现象。而纳米粒子掺杂型胆甾相液晶宽波反射膜，由于掺杂的材料和宿主液晶材料折射率不匹配，光散射现象严重。
4)同时，由于本发明采用常压干燥法制备SiO2气凝胶薄膜，使得所制备的SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射薄膜，具有工艺简单、成本低廉和易于规模化生产等特点。
5)根据实际需要灵活改变SiO2气凝胶薄膜的厚度、孔隙率及手性化合物含量等参数可以调节反射峰的位置及透过率，使其既可作为LCD 显示领域中的光增亮膜，也可作为节能玻璃贴膜用于反射红外光线。
附图说明
附图为SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜结构示意图。
具体实施方式
下面实施例及对比例被用来进一步说明本发明。本发明不只限定于下列实施例中。
实施例1
一种SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜，其制备工艺为： 1)SiO2气凝胶薄膜的形成，将正硅酸四乙酯、异丙醇、浓度为0.1mol/L 的盐酸溶液按比例配料、混合搅拌均匀后，置于60℃的温度条件下反应2h；其中，正硅酸四乙酯、异丙醇、盐酸溶液的质量比为：1/1.718/0.152。随后，将浓度为0.1mol/L的氨水溶液加入到经过盐酸溶液催化过的前驱液中，氨水溶液与正硅酸四乙酯质量比为0.256/1，并在50℃的温度条件下凝胶25min，形成前驱液1。用滴管将上述前驱液1均匀的滴落在玻璃基板上，经旋涂成型，制备出样品2。成型后的样品2分别置于50℃的异丙醇、正己烷、体积分数为7％的三甲基氯硅烷改性溶液中静置1d；随后，将样品2置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率升温至450℃，并保温30min，随后以1℃ /min的速率降温至室温，并在室温条件下自然干燥。
2)SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备，将3wt％的PVA水溶液均匀的滴落在玻璃基板上，经匀胶机旋涂成型。随后，涂有PVA薄膜的玻璃基板置于80℃的烘箱中加热固化30min。取出表面已有固化好的PVA高分子薄膜的玻璃基板，用绒布沿玻璃基板的长轴方向摩擦取向。将涂有PVA薄膜并经绒布摩擦平行取向的玻璃基板与样品2进行组合，制备成具有SiO2气凝胶薄膜的液晶盒3，其中PVA薄膜的厚度为3μm。将不可光聚合的向列相小分子液晶、自由基聚合单体、手性化合物、光引发剂按照比例混合，混合物在烘箱中加热至清凉，超声震荡均匀，然后灌入液晶盒3中，制备出样品 4，并将其静置2min，使液晶盒中的胆甾相液晶混合物形成稳定的平面织构。最后，将样品4置于在30℃的温度条件下，经365nm 2 mw/cm-2的紫外光下聚合30min，制备出样品5。
上述胆甾相液晶混合物中各组分及配比：向列相小分子液晶为 SCL-1717，质量分数87.8％；自由基聚合单体为C6M，质量分数10％；手性化合物为CD，质量分数2％；光引发剂为安息香双甲醚，质量分数0.2％。其中，向列相小分子液晶SCL-1717的双折射率为0.201，清凉点温度为91.8℃。
实施例2
一种SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜，其制备工艺为：
1)SiO2气凝胶薄膜的形成，将正硅酸四乙酯、异丙醇、浓度为0.1mol/L 的盐酸溶液按比例配料、混合搅拌均匀后，置于60℃的温度条件下反应2h；其中，正硅酸四乙酯、异丙醇、盐酸溶液的质量比为： 1/1.718/0.152。随后，将浓度为0.1mol/L的氨水溶液加入到经过盐酸溶液催化过的前驱液中，氨水溶液与正硅酸四乙酯质量比为0.256/1，并在50℃的温度条件下凝胶35min，形成前驱液6。用滴管将上述前驱液6均匀的滴落在玻璃基板上，经旋涂成型，制备出样品7。成型后的样品7分别置于50℃的异丙醇、正己烷、体积分数为7％的三甲基氯硅烷改性溶液中静置1d；随后，将样品7置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率升温至450℃，并保温30min，随后以1℃ /min的速率降温至室温，并在室温条件下自然干燥。
2)SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备，将3wt％的PVA水溶液均匀的滴落在玻璃基板上，经匀胶机旋涂成型。随后，涂有PVA薄膜的玻璃基板置于80℃的烘箱中加热固化30min。取出表面已有固化好的PVA高分子薄膜的玻璃基板，用绒布沿玻璃基板的长轴方向摩擦取向。将涂有PVA薄膜并经绒布摩擦平行取向的玻璃基板与样品7进行组合，制备成具有SiO2气凝胶薄膜的液晶盒8，其中PVA薄膜的厚度为3μm。将不可光聚合的向列相小分子液晶、自由基聚合单体、手性化合物、光引发剂按照比例混合，混合物在烘箱中加热至清凉，超声震荡均匀，然后灌入液晶盒8中，制备出样品 9，并将其静置2min，使液晶盒中的胆甾相液晶混合物形成稳定的平面织构。最后，将样品9置于在30℃的温度条件下，经365nm 2 mw/cm-2的紫外光下聚合30min，制备出样品10。
上述胆甾相液晶混合物中各组分及配比：向列相小分子液晶为 SCL-1717，质量分数87.8％；自由基聚合单体为C6M，质量分数10％；手性化合物为CD，质量分数2％；光引发剂为安息香双甲醚，质量分数0.2％。其中，向列相小分子液晶SCL-1717的双折射率为0.201，清凉点温度为91.8℃。
实施例3
一种SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜，其制备工艺为：
1)SiO2气凝胶薄膜的形成，将正硅酸四乙酯、异丙醇、浓度为0.1mol/L 的盐酸溶液按比例配料、混合搅拌均匀后，置于60℃的温度条件下反应2h；其中，正硅酸四乙酯、异丙醇、盐酸溶液的质量比为： 1/1.718/0.152。随后，将浓度为0.1mol/L的氨水溶液加入到经过盐酸溶液催化过的前驱液中，氨水溶液与正硅酸四乙酯质量比为0.256/1，并在50℃的温度条件下凝胶45min，形成前驱液11。用滴管将上述前驱液11均匀的滴落在玻璃基板上，经旋涂成型，制备出样品12。成型后的样品12分别置于50℃的异丙醇、正己烷、体积分数为7％的三甲基氯硅烷改性溶液中静置1d；随后，将样品12置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率升温至450℃，并保温30min，随后以1℃ /min的速率降温至室温，并在室温条件下自然干燥。
2)SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备，将3wt％的PVA水溶液均匀的滴落在玻璃基板上，经匀胶机旋涂成型。随后，涂有PVA薄膜的玻璃基板置于80℃的烘箱中加热固化30min。取出表面已有固化好的PVA高分子薄膜的玻璃基板，用绒布沿玻璃基板的长轴方向摩擦取向。将涂有PVA薄膜并经绒布摩擦平行取向的玻璃基板与样品12进行组合，制备成具有SiO2气凝胶薄膜的液晶盒 13，其中PVA薄膜的厚度为3μm。将不可光聚合的向列相小分子液晶、自由基聚合单体、手性化合物、光引发剂按照比例混合，混合物在烘箱中加热至清凉，超声震荡均匀，然后灌入液晶盒13中，制备出样品14，并将其静置2min，使液晶盒中的胆甾相液晶混合物形成稳定的平面织构。最后，将样品14置于在30℃的温度条件下，经 365nm 2mw/cm-2的紫外光下聚合30min，制备出样品15。
上述胆甾相液晶混合物中各组分及配比：向列相小分子液晶为 SCL-1717，质量分数87.8％；自由基聚合单体为C6M，质量分数10％；手性化合物为CD，质量分数2％；光引发剂为安息香双甲醚，质量分数0.2％。其中，向列相小分子液晶SCL-1717的双折射率为0.201，清凉点温度为91.8℃。
实施例4
一种SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜，其制备工艺为：
1)SiO2气凝胶薄膜的形成，将正硅酸四乙酯、异丙醇、浓度为0.1mol/L 的盐酸溶液按比例配料、混合搅拌均匀后，置于60℃的温度条件下反应2h；其中，正硅酸四乙酯、异丙醇、盐酸溶液的质量比为： 1/1.718/0.152。随后，将浓度为0.1mol/L的氨水溶液加入到经过盐酸溶液催化过的前驱液中，氨水溶液与正硅酸四乙酯质量比为0.256/1，并在50℃的温度条件下凝胶45min，形成前驱液16。用滴管将上述前驱液16均匀的滴落在玻璃基板上，经旋涂成型，制备出样品17。成型后的样品17分别置于50℃的异丙醇、正己烷、体积分数为7％的三甲基氯硅烷改性溶液中静置1d；随后，将样品17置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率升温至450℃，并保温30min，随后以1℃ /min的速率降温至室温，并在室温条件下自然干燥。
2)SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备，将3wt％的PVA水溶液均匀的滴落在玻璃基板上，经匀胶机旋涂成型。随后，涂有PVA薄膜的玻璃基板置于80℃的烘箱中加热固化30min。取出表面已有固化好的PVA高分子薄膜的玻璃基板，用绒布沿玻璃基板的长轴方向摩擦取向。将涂有PVA薄膜并经绒布摩擦平行取向的玻璃基板与样品17进行组合，制备成具有SiO2气凝胶薄膜的液晶盒 18，其中PVA薄膜的厚度为3μm。将不可光聚合的向列相小分子液晶、自由基聚合单体、手性化合物、光引发剂按照比例混合，混合物在烘箱中加热至清凉，超声震荡均匀，然后灌入液晶盒18中，制备出样品19，并将其静置2min，使液晶盒中的胆甾相液晶混合物形成稳定的平面织构。最后，将样品19置于在40℃的温度条件下，经 365nm 2mw/cm-2的紫外光下聚合30min，制备出样品20。
上述胆甾相液晶混合物中各组分及配比：向列相小分子液晶为 SCL-1717，质量分数87.8％；自由基聚合单体为C6M，质量分数10％；手性化合物为CD，质量分数2％；光引发剂为安息香双甲醚，质量分数0.2％。其中，向列相小分子液晶SCL-1717的双折射率为0.201，清凉点温度为91.8℃。
实施例5
一种SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜，其制备工艺为：
1)SiO2气凝胶薄膜的形成，将正硅酸四乙酯、异丙醇、浓度为0.1mol/L 的盐酸溶液按比例配料、混合搅拌均匀后，置于60℃的温度条件下反应2h；其中，正硅酸四乙酯、异丙醇、盐酸溶液的质量比为： 1/1.718/0.152。随后，将浓度为0.1mol/L的氨水溶液加入到经过盐酸溶液催化过的前驱液中，氨水溶液与正硅酸四乙酯质量比为0.256/1，并在50℃的温度条件下凝胶45min，形成前驱液21。用滴管将上述前驱液21均匀的滴落在玻璃基板上，经旋涂成型，制备出样品22。成型后的样品22分别置于50℃的异丙醇、正己烷、体积分数为7％的三甲基氯硅烷改性溶液中静置1d；随后，将样品22置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率升温至450℃，并保温30min，随后以1℃ /min的速率降温至室温，并在室温条件下自然干燥。
2)SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备，将3wt％的PVA水溶液均匀的滴落在玻璃基板上，经匀胶机旋涂成型。随后，涂有PVA薄膜的玻璃基板置于80℃的烘箱中加热固化30min。取出表面已有固化好的PVA高分子薄膜的玻璃基板，用绒布沿玻璃基板的长轴方向摩擦取向。将涂有PVA薄膜并经绒布摩擦平行取向的玻璃基板与样品22进行组合，制备成具有SiO2气凝胶薄膜的液晶盒 23，其中PVA薄膜的厚度为3μm。将不可光聚合的向列相小分子液晶、自由基聚合单体、手性化合物、光引发剂按照比例混合，混合物在烘箱中加热至清凉，超声震荡均匀，然后灌入液晶盒23中，制备出样品24，并将其静置2min，使液晶盒中的胆甾相液晶混合物形成稳定的平面织构。最后，将样品24置于在50℃的温度条件下，经 365nm 2mw/cm-2的紫外光下聚合30min，制备出样品25。
上述胆甾相液晶混合物中各组分及配比：向列相小分子液晶为 SCL-1717，质量分数87.8％；自由基聚合单体为C6M，质量分数10％；手性化合物为CD，质量分数2％；光引发剂为安息香双甲醚，质量分数0.2％。其中，向列相小分子液晶SCL-1717的双折射率为0.201，清凉点温度为91.8℃。
实施例6
一种SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜，其制备工艺为：
1)SiO2气凝胶薄膜的形成，将正硅酸四乙酯、异丙醇、浓度为0.1mol/L 的盐酸溶液按比例配料、混合搅拌均匀后，置于60℃的温度条件下反应2h；其中，正硅酸四乙酯、异丙醇、盐酸溶液的质量比为： 1/1.718/0.152。随后，将浓度为0.1mol/L的氨水溶液加入到经过盐酸溶液催化过的前驱液中，氨水溶液与正硅酸四乙酯质量比为0.256/1，并在50℃的温度条件下凝胶45min，形成前驱液26。用滴管将上述前驱液26均匀的滴落在玻璃基板上，经旋涂成型，制备出样品27。成型后的样品27分别置于50℃的异丙醇、正己烷、体积分数为7％的三甲基氯硅烷改性溶液中静置1d；随后，将样品27置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率升温至450℃，并保温30min，随后以1℃ /min的速率降温至室温，并在室温条件下自然干燥。
2)SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备，将3wt％的PVA水溶液均匀的滴落在玻璃基板上，经匀胶机旋涂成型。随后，涂有PVA薄膜的玻璃基板置于80℃的烘箱中加热固化30min。取出表面已有固化好的PVA高分子薄膜的玻璃基板，用绒布沿玻璃基板的长轴方向摩擦取向。将涂有PVA薄膜并经绒布摩擦平行取向的玻璃基板与样品27进行组合，制备成具有SiO2气凝胶薄膜的液晶盒 28，其中PVA薄膜的厚度为3μm。将不可光聚合的向列相小分子液晶、自由基聚合单体、手性化合物、光引发剂按照比例混合，混合物在烘箱中加热至清凉，超声震荡均匀，然后灌入液晶盒28中，制备出样品29，并将其静置2min，使液晶盒中的胆甾相液晶混合物形成稳定的平面织构。最后，将样品29置于在30℃的温度条件下，经 365nm 2mw/cm-2的紫外光下聚合30min，制备出样品30。
上述胆甾相液晶混合物中各组分及配比：向列相小分子液晶为SCL-1717，质量分数92.9％；自由基聚合单体为C6M，质量分数5％；手性化合物为CD，质量分数2％；光引发剂为安息香双甲醚，质量分数0.1％。其中，向列相小分子液晶SCL-1717的双折射率为0.201，清凉点温度为91.8℃。
实施例7
一种SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜，其制备工艺为：
1)SiO2气凝胶薄膜的形成，将正硅酸四乙酯、异丙醇、浓度为0.1mol/L 的盐酸溶液按比例配料、混合搅拌均匀后，置于60℃的温度条件下反应2h；其中，正硅酸四乙酯、异丙醇、盐酸溶液的质量比为： 1/1.718/0.152。随后，将浓度为0.1mol/L的氨水溶液加入到经过盐酸溶液催化过的前驱液中，氨水溶液与正硅酸四乙酯质量比为0.256/1，并在50℃的温度条件下凝胶45min，形成前驱液31。用滴管将上述前驱液31均匀的滴落在玻璃基板上，经旋涂成型，制备出样品32。成型后的样品32分别置于50℃的异丙醇、正己烷、体积分数为7％的三甲基氯硅烷改性溶液中静置1d；随后，将样品32置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率升温至450℃，并保温30min，随后以1℃ /min的速率降温至室温，并在室温条件下自然干燥。
2)SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备，将3wt％的PVA水溶液均匀的滴落在玻璃基板上，经匀胶机旋涂成型。随后，涂有PVA薄膜的玻璃基板置于80℃的烘箱中加热固化30min。取出表面已有固化好的PVA高分子薄膜的玻璃基板，用绒布沿玻璃基板的长轴方向摩擦取向。将涂有PVA薄膜并经绒布摩擦平行取向的玻璃基板与样品32进行组合，制备成具有SiO2气凝胶薄膜的液晶盒 33，其中PVA薄膜的厚度为3μm。将不可光聚合的向列相小分子液晶、自由基聚合单体、手性化合物、光引发剂按照比例混合，混合物在烘箱中加热至清凉，超声震荡均匀，然后灌入液晶盒33中，制备出样品34，并将其静置2min，使液晶盒中的胆甾相液晶混合物形成稳定的平面织构。最后，将样品34置于在30℃的温度条件下，经 365nm 2mw/cm-2的紫外光下聚合30min，制备出样品35。
上述胆甾相液晶混合物中各组分及配比：向列相小分子液晶为SCL-1717，质量分数84.8％；自由基聚合单体为C6M，质量分数10％；手性化合物为CD，质量分数5％；光引发剂为安息香双甲醚，质量分数0.2％。其中，向列相小分子液晶SCL-1717的双折射率为0.201，清凉点温度为91.8℃。
对比例
将两个涂有PVA薄膜并经绒布摩擦平行取向的玻璃基板进行组合，制备成液晶盒36，其中PVA薄膜的厚度为3μm。将不可光聚合的向列相小分子液晶(SCL-1717，no＝1.519，ne＝1.720，Δn＝0.201，TN-I＝ 91.8℃，质量分数87.8％)、自由基聚合单体(C6M，质量分数10％)、手性化合物(CD，质量分数2％)、光引发剂(安息香双甲醚，质量分数0.2％)按照比例混合，混合物在烘箱中加热至清凉，超声震荡均匀，然后灌入液晶盒36中，制备出样品37，并将其静置2min，使液晶盒中的胆甾相液晶混合物形成稳定的平面织构。最后，将样品 37置于在30℃的温度条件下，经365nm 2mw/cm-2的紫外光下聚合 30min，制备出样品38。
上述的实施例得到的SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的性能测试如下表所示：
Figure BDA0001493230600000141

Claims (9)

1.一种SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜，其特征在于：所述复合型宽波反射膜共有三层结构，第一层为表面涂有聚乙烯醇(PVA)薄膜的玻璃基板，第二层为胆甾相液晶混合物，胆甾相液晶在聚乙烯醇(PVA)取向层的作用下呈平面织构，所述SiO2气凝胶薄膜与邻近的胆甾相液晶/自由基聚合单体混合体系穿插分布，呈非平面织构，第三层为表面沉积SiO2气凝胶薄膜的玻璃基板；
所述SiO2气凝胶薄膜孔隙率分布50～99.8%，粒径分布5～50 nm，孔径分布5～50 nm，膜厚分布0.5～5 µm。
2.根据权利要求1所述的一种SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备方法，其特征在于：制备工艺步骤为：
a)SiO2气凝胶薄膜的制备，将正硅酸四乙酯/异丙醇/浓度为0.1～1mol/L盐酸溶液按质量比：1/(0.86～2.59)/(0.09～2.60)混合均匀，并置于60～75℃的温度条件下反应1～5h；随后，加入浓度为0.1～1mol/L的氨水溶液，氨水溶液与正硅酸四乙酯质量比为(0.09～2.60)/1，并将混合溶液置于50～60 ℃的温度条件下凝胶15～55 min得到前驱液；上述前驱液，在异丙醇的饱和气氛中经由涂覆成膜，并分别在50～60 ℃的异丙醇溶液、正己烷溶液及体积分数为1～15%的三甲基氯硅烷/正己烷混合溶液中静置1～2 d；随后在200～450℃的温度条件下，将薄膜热处理10～60 min，自然冷却后出炉，制备成SiO2气凝胶薄膜；
b)所需液晶盒的制备，将表面涂有聚乙烯醇(PVA)薄膜的玻璃基板经绒布摩擦平行取向，并与表面附着有SiO2气凝胶薄膜的玻璃基板组合，两片基板由10～45μm的PET进行间隔；其中，聚乙烯醇(PVA)薄膜层的厚度为1～5 µm；
c)胆甾相液晶混合物，由不可光聚合的向列相小分子液晶、自由基聚合单体、手性化合物及光引发剂按比例混配，加热至60～95 ℃，液晶混合物清亮，经震荡后混合均匀后，将液晶混合物灌入到液晶盒当中；随后，在0～50 ℃的温度条件下，经365 nm 1～10 mw/cm-2的紫外光下聚合，最终制备出SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜。
3.如权利要求2所述的SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备方法，其特征在于：不可光聚合的向列相小分子液晶的重量占胆甾相液晶混合物的70～93%；自由基聚合单体的重量占胆甾相液晶混合物的5～20%；手性化合物的重量占胆甾相液晶混合物的1～5%；光引发剂的重量占胆甾相液晶混合物的1～5%。
4.如权利要求2所述的SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备方法，其特征在于：所述的胆甾相液晶混合物的配比为：向列相小分子液晶70～93份、自由基聚合单体5～20份、手性化合物1～5份、光引发剂的含量1～5份。
5.如权利要求2所述的SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备方法，其特征在于：所述的向列相小分子液晶双折射率范围0.1～0.3，清亮点在60～92 ℃。
6.如权利要求2所述的SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备方法，其特征在于：所述的自由基聚合单体，为下列单体中的一种或几种：丙烯酸叔丁酯5～20份、乙二醇二甲基丙烯酸酯5～20份、1, 4-双(4-(6’-丙烯氧基己氧基)苯甲酰氧基)-2-甲苯（C6M）5～20份。
7.如权利要求2所述的SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备方法，其特征在于：所述的手性化合物为下列化合物中的一种或几种：(+)-4’-(2–甲基丁基)-4-联苯氰（CB15） 1～5份、 (+)-双(4’-(2–甲基丁基)-4-联苯甲酸)联二萘酚酯(CD) 1～5份、(13BR)-5,6-二氢-5-(反式-4-丙基环己基)-4H-二萘并[2,1-F:1',2'-H][1,5]二氧杂环壬四烯（R5011）1～5份。
8.如权利要求2所述的SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备方法，其特征在于：所述的光引发剂为下列引发剂中的一种或几种：安息香双甲醚 1～5份、安息香异丙醚 1～5份、2,4-二羟基二苯甲酮1～5份。
9.如权利要求2所述的SiO2气凝胶薄膜/胆甾相液晶复合型宽波反射膜的制备方法，其特征在于：所述前驱液的粘度需保证在5～15cp；所述前驱液的涂覆成膜过程需在异丙醇饱和气氛中进行；并且需在异丙醇饱和气氛中静止30～300 s。
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