CN109343245A - 一种红外反射器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全新的红外反射器件及其制备方法。该红外反射器件，填充有液晶混合物，液晶混合物包括具有螺旋结构的聚合物网络和具有棒状结构的溶致液晶。螺旋结构的聚合物网络可以诱导置入的溶致液晶形成与聚合物网络的螺旋相对应的螺旋结构，能够将具有与其相同旋向的圆偏振光反射回去，而使得与其相反旋向的圆偏振光透过。通过调节聚合物网络的螺旋结构，可以使得不同带宽的光线实现透射或反射，从而达到调节红外反射的目的。

Description

一种红外反射器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及红外反射器件，尤其是涉及一种红外反射器件及其制备方法。
背景技术
为了使阳光中特定的某一部分红外线能够被透射或反射，一般情况下人们会考虑在玻璃上镀膜。这种镀膜玻璃在原有的玻璃表面涂镀的一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜可以改变玻璃的光学性能，达到反射或透射某段波长的光的目的。然而，在镀膜玻璃成型后，其光学性质将无法随环境的变化而改变。这一缺点使得镀膜玻璃无法满足人们日益多样化的需求。
在进行了各种试验后，研究人员发现，红外反射片在电压的作用下，具有透射和反射性能，它能够在低温下透过红外光，而在高温下反射红外光。在上述理论提出后，已经有许多的红外反射器件和相应的制备方法被报道。但上述红外反射器件多以热致液晶为主，如果使用溶致液晶进行红外反射器件的制备，其中一个比较难以克服的技术难题在于如何对溶致液晶进行取向，当前研究中虽然已经研发出例如磁场取向、特殊的光刻技术取向、特殊的取向层等，但这些过程中需要特殊的材料或者使用某些特定的前沿科学技术，操作繁琐，耗费较高，难以投入工业化生产应用。因此，能否提供一种适用于工业化生产应用的利用溶致液晶制作的红外反射器件也就成为了一个值得研究的课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是怎样提供一种全新的利用溶致液晶制备的红外反射器件及其制备方法，该红外反射器件可以以较低廉的材料和简便的方法应用于工业生产。
作为本发明的改进，本发明进一步解决的技术问题是提供一种温控的红外反射器件及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种红外反射器件，填充有液晶混合物，液晶混合物包括具有螺旋结构的聚合物网络和具有棒状结构的溶致液晶。
优选的，溶致液晶包括由月桂酸钾、有机醇和重水形成的混合物。
进一步优选的，有机醇可以是正癸醇、异癸醇和正辛醇中的至少一种。
优选的，具有螺旋结构的聚合物网络由包括可交联的液晶单体和光引发剂的原料经光固化形成。
进一步优选的，液晶单体为HCM009、HCM008中的至少一种。
进一步优选的，光引发剂为Irgacure-819、Irgacure-651、Irgacure-369、Irgacure-2959中的至少一种。
上述红外反射器件的制备方法，包括以下步骤：
S1.取或制备液晶盒；
S2.在液晶盒中填充不可聚合的液晶一、手性掺杂剂、可交联的液晶单体、光引发剂，发生光固化反应使液晶单体交联形成聚合物网络；
S3.除去液晶一和手性掺杂剂；
S4.加入溶致液晶。
优选的，S3具体为采用有机溶剂洗去液晶一和手性掺杂剂。
优选的，有机溶剂为环己烷、四氢呋喃、甲苯、甲醇中的至少一种。
优选的，液晶一为HNG30400-200、HTW138200-100和MLC-2079中的至少一种。
优选的，手性掺杂剂为S811、R811、S1011、R1011中的至少一种。
本发明的有益效果是：
发明人在实验过程中意外地发现，具有螺旋结构的聚合物网络可以诱导置入的溶致液晶形成与聚合物网络的螺旋相对应的螺旋结构，从而达到取向的目的。此时，填入的溶致液晶由于其螺旋结构形成类似胆甾相液晶的状态，能够将具有与其相同旋向的圆偏振光反射回去，而使得与其相反旋向的圆偏振光透过。反射光的带宽根据其螺旋结构的双折射率和螺距共同决定。通过调节聚合物网络的螺旋结构，可以使得不同带宽的光线实现透射或反射，从而达到调节红外反射的目的。
另一方面，针对溶致液晶在制备红外反射器件过程中难以控制取向的问题，科研工作者们已经研究出了一些方法控制溶致液晶的取向，例如磁场、一些特殊的光刻技术、特殊的取向层等，但这些方法需要特殊的材料或者使用某些特定的前沿科学技术，操作繁琐。而发明人通过实验出乎意料地发现了一种“洗掉再填充”的取向方法。这种方法首先通过不可聚合的液晶一、手性掺杂剂、可交联的液晶单体以及光引发剂混合在特定的光照条件下发生光固化反应使液晶单体交联成网络结构，手性掺杂剂诱导液晶一形成胆甾相的螺旋结构，而液晶单体交联后形成的聚合物网络则能够很好地保留这种螺旋结构。除去转化为胆甾相的液晶一后，聚合物网络仍然能够保存原有的螺旋结构并且留下相应的空洞，此时的聚合物网络可以引导后续填充的溶致液晶形成螺旋结构并进行相应的取向，达到螺旋取向的目的。这种取向和制备方法相对于目前已有的方法而言，材料简单、操作方便，能够保证很好的取向效果并且取向效果持久，可以很好地应用于工业生产。
本发明进一步的有益效果在于，采用月桂酸钾、正癸醇、重水形成的溶致液晶混合体系，在15-40℃范围内是向列相，而在低于15℃的条件下则具有各向同性。因此，本发明的产品进一步还能够根据环境温度自发进行调节，在低于15℃的条件下实现透射，使高能的红外线穿过，从而升温；而在15-40℃范围内实现反射部分红外光，避免温度得过快升高，以此来实现特定的温度控制。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的液晶盒内的液晶混合物交联示意图。
图2是本发明的一个实施例的的液晶盒经环己烷浸泡后的示意图。
图3是本发明的一个实施例的液晶盒填充溶致液晶后的示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1
在黄光环境下，称取27.07质量份的月桂酸钾、6.17质量份的正癸醇、66.76质量份的重水混合均匀成溶致液晶待用。
称取80质量份的负性混合液晶HNG30400-200作为液晶一、15质量份的可交联液晶单体HCM009、4质量份的左旋手性掺杂剂S1011、1质量份的光引发剂Irgacure-651置于棕色瓶中，将该棕色瓶加热至70℃，同时以40r/s的转速搅拌均匀，使该液晶材料混合物转变为各向同性的液晶混合物并降低其粘性。然后在该温度下将液晶材料混合物注入液晶盒，天然降温至室温，经紫外光固化5分钟。
再将其在环己烷有机溶剂中浸泡48h，随后进入真空烘箱内干燥4h，得到保留了螺旋结构的液晶盒。
将上述待用的溶致液晶填充到保留了螺旋结构的液晶盒中，得到溶致液晶取向良好并且具有光学特性的温控的红外反射器件。
其中，月桂酸钾(购于上海源叶生物科技有限公司)的化学结构式为：
正癸醇(购于上海源叶生物科技有限公司)的化学结构式为：
氧化氘购于上海麦克林生化科技有限公司。
负性混合液晶HNG30400-200购于德国默克公司。
可聚合的液晶单体HCM009(购于江苏和成显示科技股份有限公司)的化学结构式为：
不可聚合的左旋手性掺杂剂S1011(购于德国默克公司)的化学结构式为：
光引发剂Irgacure-651(购于德国默克公司)的化学结构式为：
图1是本发明的一个实施例的液晶盒内的液晶混合物交联示意图。如图1所示，在玻璃基板一51和玻璃基板二52两侧的液晶盒内部，除液晶单体交联成的聚合物网络1外，还包括无法参与聚合和交联过程的液晶一2和手性掺杂剂3。液晶一2在手性掺杂剂3的诱导下形成螺旋结构，该螺旋结构如图1中所示，排列成不同的层，层内的分子之间相互平行，而分子长轴平行于层平面，不同层的分子长轴方向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋状结构。而聚合物网络1则能够保留这种螺旋结构。图2是本发明的一个实施例的的液晶盒经环己烷浸泡后的示意图。如图2所示，经过浸泡后，无法交联的液晶一和手性掺杂剂是小分子，容易被环己烷洗掉，而螺旋结构的聚合物网络是大分子，不易被环己烷洗掉，所以此时液晶盒内仅剩保留了螺旋结构的聚合物网络。图3是本发明的一个实施例的液晶盒填充溶致液晶后的示意图。如图3所示，在液晶盒原有的聚合物网络1的引导下，溶致液晶4发生取向作用，形成与原有的液晶一类似的螺旋状结构。层内分子相互平行，不同层分子长轴方向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋状结构。
实验过程中，在环己烷溶液中浸泡后的液晶盒，未检测到有反射峰出现，这表明液晶盒中已经没有了能够起反射作用的胆甾相液晶。而在填充液晶混合物并将温度控制在15-40℃之间时，检测发现有红外波段的反射峰，这表明填充过程中具有螺旋结构的聚合物网络确实发生了诱导原本呈向列相的溶致液晶进行取向的情况，同时，该取向效果持久，经测试后可以持续两个月并且可以一直维持这种取向效果。
实施例2
一种红外反射器件，与实施例1的区别在于，液晶单体采用HCM008，光引发剂采用Irgacure-2959，液晶一采用负性液晶HTW138200-100，手性掺杂剂采用R1011。
实施例3
一种红外反射器件，与实施例1的区别在于，液晶单体采用HCM009，光引发剂采用Irgacure-369，液晶一采用负性液晶MLC-2079，手性掺杂剂采用S811。
实施例4
一种红外反射器件，与实施例1的区别在于，溶致液晶选择其它的棒状的溶致液晶，例如，可以是月桂酸铯/正癸醇/重水三者按照一定比例混合而成的溶致液晶。上述溶致液晶在取向过程中同样取向效果好且持久，制得的红外反射器件性能良好。
以上是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种红外反射器件，其特征在于，所述红外反射器件填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括具有螺旋结构的聚合物网络和具有棒状结构的溶致液晶。
2.根据权利要求1所述的红外反射器件，其特征在于，所述溶致液晶包括由月桂酸钾、有机醇和重水形成的混合物。
3.根据权利要求1所述的红外反射器件，其特征在于，所述具有螺旋结构的聚合物网络由包括可交联的液晶单体和光引发剂的原料经光固化形成。
4.根据权利要求3所述的红外反射器件，其特征在于，所述可交联的液晶单体包括HCM009、HCM008中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的红外反射器件，其特征在于，所述光引发剂为Irgacure-819、Irgacure-651、Irgacure-369、Irgacure-2959中的至少一种。
6.权利要求1-5任一项所述的红外反射器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.取或制备液晶盒；
S2.在液晶盒中填充不可聚合的液晶一、手性掺杂剂、可交联的液晶单体、光引发剂，发生光固化反应；
S3.除去所述液晶一和所述手性掺杂剂；
S4.加入溶致液晶。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，S3具体为采用有机溶剂洗去所述液晶一和所述手性掺杂剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为环己烷、四氢呋喃中的至少一种。
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