CN114967207A - 一种基于poss-sh掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜及其制备方法 - Google Patents

一种基于poss-sh掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于POSS‑SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜，包括液晶盒或液晶薄膜以及灌注在液晶盒或液晶薄膜之中的各向同性液体；所述的各向同性液体的组分包括1.0～15.0wt％的POSS‑SH、60.0～85.0wt％的混合液晶、12.0～39.0wt％的可聚合单体以及可聚合单体总质量的1.0～6.0％的引发剂；本发明还提供了该基于POSS‑SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜的制备方法；本发明通过聚合物分散&聚合物稳定负性液晶或聚合物分散&聚合物稳定正性液晶制备反式电控调光膜，POSS‑SH的加入能使正性或负性液晶垂直取向，实现均匀分散，制备过程简单、能耗小、驱动电压及响应时间较低、且粘结力强，具有较强的实用性。

Description

一种基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式 电控调光膜及其制备方法
技术领域
本发明属于功能性液晶材料技术领域，涉及电控液晶调光膜及其制备方法，具体涉及一种基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜及其制备方法。
背景技术
电控液晶调光膜可通过电控方式实现薄膜透明和不透明状态的切换，在可控遮阳技术领域、室内隔断、汽车门窗等得到了广泛的应用，目前可商品化的电控液晶调光膜主要为聚合物分散液晶(PDLC)膜，PDLC膜在不施加电场时，液晶分子的指向矢呈无规分布，
薄膜处于强烈光散射状态；在电场作用下，液晶分子的长轴平行于电场排列，薄膜呈透明状态。PDLC膜不仅可以实现状态可控，而且容易进行大面积加工。但PDLC膜为正式电控调光膜，即常态为强烈的光散射状态，施加外部电场时为光透过状态。也就是说，它的透过态需要持续的电场来进行维持。然而在实际应用中，许多场合需要建筑门窗在多数的时间里处于光透过的状态，而在少数的时间里处于光屏蔽状态。如果这些场合仍使用上述的电控液晶调光膜，则必然造成能源的消耗。而反式电控液晶调光膜的电-光特性是在不施加电场时透明状态，施加电场时呈强烈光散射状态。因此在许多场合，反式电控液晶调光膜更能够满足节能和环保的发展要求。而且在某些场合，一旦断电，薄膜呈透明状态，不会对使用者造成安全隐患。因此反式电控液晶调光膜比正式电控液晶调光膜具有更广阔的应用前景。
迄今为止，反式电控液晶调光膜的研究仍止步于实验室阶段。反式电控调光膜由于不施加电场时呈透明状态，因此其液晶(LC)材料的分子必定处于某种取向状态，而且这种状态需要高分子网络进行稳定，因此现有的反式电控调光膜体系主要是高分子稳定液晶(PSLC)体系，制备方法集中在高分子稳定负性LC、双频液晶(DFLC)、胆甾相液晶(Ch LC)方面，然而PSLC体系由于网络含量低(通常只有3～5wt％左右)，因而得到的薄膜的两层基板间的粘结强度低、稳定性差，难以进行实际应用。
高分子分散与稳定液晶(Polymer Dispersed and Stabilized LiquidCrystals,简称PD&SLC)共存体系，该体系兼具PDLC和PSLC的优点。即可实现柔性薄膜的大面积加工、稳定性好，又可实现不同光调控性能。但是以上体系液晶性高分子的取向均需通过基板处理或施加电压或洗出灌入方式获得，制备过程复杂、能耗高且需要使用溶剂造成环境污染。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜及其制备方法，能使正性或负性液晶垂直取向，制备过程简单、能耗低，实用性强。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜，包括液晶盒或液晶薄膜以及灌注在液晶盒或液晶薄膜之中的各向同性液体；
所述的各向同性液体的组分包括1.0～15.0wt％的POSS-SH、60.0～85.0wt％的混合液晶、12.0～39.0wt％的可聚合单体以及可聚合单体总质量的1.0～6.0％的引发剂。
本发明还具有以下技术特征：
优选的，所述混合液晶为负性液晶或正性液晶。
优选的，所述可聚合单体为非液晶性紫外光可聚合单体和液晶性可聚合单体的混合物。
进一步的，所述非液晶性紫外光可聚合单体包括不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、多烯硫醇体系、聚醚丙烯酸酯、水性丙烯酸酯和乙烯基醚类中的一种或多种。
进一步的，所述液晶性可聚合单体包括以下物质中的一种或多种，具体结构式如下：
Figure BDA0003657046030000031
其中，m、n取值为4～8，x、y为1～2，E、Q为丙烯酸酯、乙烯基醚、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、环氧或多烯硫醇。
更进一步的，所述引发剂为光引发剂，具体包括二苯甲酮、安息香双甲醚、氯代硫杂蒽酮、2,4-二乙基硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮和2-羟基-2,2-甲基-1-苯基丙酮中的一种或多种。
本发明还保护一种如上所述的基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、按质量比将POSS-SH、混合液晶、可聚合单体和引发剂共混配制出 POSS-SH/混合液晶/可聚合单体/引发剂复合体系，搅拌均匀；
S2、将S1制备的复合体系加热至温度高于复合体系清亮点1～2℃，将各向同性液体灌入液晶盒或置于两片导电薄膜之间并采用玻璃微球间隔子控制厚度，挤压成膜，将灌好的液晶盒或薄膜放置室温1～2min，以使液晶和可聚合单体发生相分离，形成液晶微滴；
S3、将灌注在液晶盒或置于两层导电薄膜之间的样品放置于0.05～ 0.8mw/cm2光照强度的弱紫外光下辐照0.5～3min，使体系中的可聚合单体发生不完全聚合，而后置于0.5～10mw/cm2光照强度的较强紫外光下辐照5～60min，使得剩余的可聚合单体聚合完全，构建出聚合物分散液晶网络结构与垂直取向的聚合物稳定液晶网络结构共存的高分子网络骨架，得到反式电控调光膜。
优选的，玻璃微球的粒径为10～200μm。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明通过聚合物分散&聚合物稳定负性液晶或聚合物分散&聚合物稳定正性液晶制备反式电控调光膜，所制备反式电控调光膜的开态透过率大于或等于85％，关态透过率小于或等于20％；POSS-SH的加入能使正性或负性液晶垂直取向，实现均匀分散，制备过程简单、能耗小、驱动电压及响应时间较低、且粘结力强，具有较强的实用性。
附图说明
图1为POSS-SH的结构式；
图2为引发剂为651的结构式；
图3为液晶性单体C6M的结构式。
图4为液晶性单体C4V的结构式。
图5为液晶性单体C4N的结构式。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。
以下实施例中，使用的名称如HNG726200-100、E8为已经公开的液晶混合物，本领域技术人员可以通过已经公开的文献或者购买的方式获得，本领域技术人员也可以通过自行混配的方式得到其他的具有类似性质的向列相液晶混合物。
实施例1：
S1、按质量比2.0/80.0/15.0/3.0/1.0将POSS-SH、混合液晶HNG726200-100、非液晶性紫外光可聚合单体UV1、液晶性可聚合单体C6M和引发剂651共混配制出POSS-SH/混合液晶/非液晶性可聚合单体/液晶性可聚合单体/引发剂复合体系，搅拌均匀；
S2、将S1制备的复合体系加热至温度高于复合体系清亮点2℃，将各向同性液体灌入液晶盒或置于两片导电薄膜之间并采用玻璃微球间隔子控制厚度，挤压成膜，将灌好的液晶盒或薄膜放置室温2min，以使液晶和可聚合单体发生相分离，形成液晶微滴；
S3、将灌注在液晶盒或置于两层导电薄膜之间的样品放置于0.5mw/cm2光照强度的弱紫外光下辐照2min，使体系中的可聚合单体发生不完全聚合，而后置于 5mw/cm2光照强度的较强紫外光下辐照30min，使得剩余的可聚合单体聚合完全，构建出聚合物分散液晶网络结构与垂直取向的聚合物稳定液晶网络结构共存的高分子网络骨架，得到反式电控调光膜。
其中，非液晶性紫外光可聚合单体UV1的配比如表1所示；引发剂为651，其结构式如图2所示；液晶性可聚合单体为C6M，其结构式如图3所示；
表1紫外可聚合单体UV1
Figure BDA0003657046030000051
实施例2：
S1、按质量比4.0/81.0/12.0/3.0/0.9将POSS-SH、混合液晶HNG726200-100、非液晶性紫外光可聚合单体UV2、液晶性可聚合单体C6M和引发剂651共混配制出POSS-SH/混合液晶/非液晶性可聚合单体/液晶性可聚合单体/引发剂复合体系，搅拌均匀；
S2、将S1制备的复合体系加热至温度高于复合体系清亮点1℃，将各向同性液体灌入液晶盒或置于两片导电薄膜之间并采用玻璃微球间隔子控制厚度，挤压成膜，将灌好的液晶盒或薄膜放置室温1min，以使液晶和可聚合单体发生相分离，形成液晶微滴；
S3、将灌注在液晶盒或置于两层导电薄膜之间的样品放置于0.05mw/cm2光照强度的弱紫外光下辐照3min，使体系中的可聚合单体发生不完全聚合，而后置于10mw/cm2光照强度的较强紫外光下辐照5min，使得剩余的可聚合单体聚合完全，构建出聚合物分散液晶网络结构与垂直取向的聚合物稳定液晶网络结构共存的高分子网络骨架，得到反式电控调光膜。
其中，非液晶性紫外光可聚合单体UV2的配比如表2所示；引发剂为651，其结构式如图2所示；液晶性可聚合单体为C6M，其结构式如图3所示；
表2紫外可聚合单体UV2
Figure BDA0003657046030000061
实施例3：
S1、按质量比13.5/64.0/20.0/2.5/0.2将POSS-SH、混合液晶E8、非液晶性紫外光可聚合单体UV1、液晶性可聚合单体C4V和引发剂二苯甲酮共混配制出 POSS-SH/混合液晶/非液晶性可聚合单体/液晶性可聚合单体/引发剂复合体系，搅拌均匀；
S2、将S1制备的复合体系加热至温度高于复合体系清亮点1.5℃，将各向同性液体灌入液晶盒或置于两片导电薄膜之间并采用玻璃微球间隔子控制厚度，挤压成膜，将灌好的液晶盒或薄膜放置室温1.5min，以使液晶和可聚合单体发生相分离，形成液晶微滴；
S3、S3、将灌注在液晶盒或置于两层导电薄膜之间的样品放置于0.8mw/cm2 光照强度的弱紫外光下辐照1.0min，使体系中的可聚合单体发生不完全聚合，而后置于0.8mw/cm2光照强度的较强紫外光下辐照60min，使得剩余的可聚合单体聚合完全，构建出聚合物分散液晶网络结构与垂直取向的聚合物稳定液晶网络结构共存的高分子网络骨架，得到反式电控调光膜。
其中，非液晶性紫外光可聚合单体UV1的配比如表1所示；引发剂为二苯甲酮；液晶性可聚合单体为C4V，其结构式如图4所示。
实施例4：
S1、按质量比1/60.0/20.0/19.0/2.0将POSS-SH、混合液晶E8、非液晶性紫外光可聚合单体UV1、液晶性可聚合单体C4N和引发剂2-羟基-2,2-甲基-1-苯基丙酮共混配制出POSS-SH/混合液晶/非液晶性可聚合单体/液晶性可聚合单体/引发剂复合体系，搅拌均匀；
S2、将S1制备的复合体系加热至温度高于复合体系清亮点2℃，将各向同性液体灌入液晶盒或置于两片导电薄膜之间并采用玻璃微球间隔子控制厚度，挤压成膜，将灌好的液晶盒或薄膜放置室温1.5min，以使液晶和可聚合单体发生相分离，形成液晶微滴；
S3、S3、将灌注在液晶盒或置于两层导电薄膜之间的样品放置于0.3mw/cm2 光照强度的弱紫外光下辐照1min，使体系中的可聚合单体发生不完全聚合，而后置于0.5mw/cm2光照强度的较强紫外光下辐照50min，使得剩余的可聚合单体聚合完全，构建出聚合物分散液晶网络结构与垂直取向的聚合物稳定液晶网络结构共存的高分子网络骨架，得到反式电控调光膜。
其中，非液晶性紫外光可聚合单体UV1的配比如表1所示；引发剂为2-羟基 -2,2-甲基-1-苯基丙酮；液晶性可聚合单体为C4N，其结构式如图5所示。
实施例5：
S1、按质量比3.0/85.0/8.0/4.0/0.5将POSS-SH、混合液晶HNG726200-100、非液晶性紫外光可聚合单体UV2、液晶性可聚合单体C4V和引发剂651共混配制出POSS-SH/混合液晶/非液晶性可聚合单体/液晶性可聚合单体/引发剂复合体系，搅拌均匀；
S2、将S1制备的复合体系加热至温度高于复合体系清亮点1℃，将各向同性液体灌入液晶盒或置于两片导电薄膜之间并采用玻璃微球间隔子控制厚度，挤压成膜，将灌好的液晶盒或薄膜放置室温1min，以使液晶和可聚合单体发生相分离，形成液晶微滴；
S3、将灌注在液晶盒或置于两层导电薄膜之间的样品放置于0.1mw/cm2光照强度的弱紫外光下辐照2.5min，使体系中的可聚合单体发生不完全聚合，而后置于8mw/cm2光照强度的较强紫外光下辐照10min，使得剩余的可聚合单体聚合完全，构建出聚合物分散液晶网络结构与垂直取向的聚合物稳定液晶网络结构共存的高分子网络骨架，得到反式电控调光膜。
其中，非液晶性紫外光可聚合单体UV2的配比如表2所示；引发剂为651，其结构式如图2所示；液晶性可聚合单体为C4V，其结构式如图4所示；
实施例6：
S1、按质量比15.0/70.0/10.0/7.0/0.8将POSS-SH、混合液晶E8、非液晶性紫外光可聚合单体UV2、液晶性可聚合单体C4N和引发剂2,4-二乙基硫杂蒽酮共混配制出POSS-SH/混合液晶/非液晶性可聚合单体/液晶性可聚合单体/引发剂复合体系，搅拌均匀；
S2、将S1制备的复合体系加热至温度高于复合体系清亮点1℃，将各向同性液体灌入液晶盒或置于两片导电薄膜之间并采用玻璃微球间隔子控制厚度，挤压成膜，将灌好的液晶盒或薄膜放置室温2min，以使液晶和可聚合单体发生相分离，形成液晶微滴；
S3、将灌注在液晶盒或置于两层导电薄膜之间的样品放置于0.6mw/cm2光照强度的弱紫外光下辐照2.5min，使体系中的可聚合单体发生不完全聚合，而后置于6mw/cm2光照强度的较强紫外光下辐照15min，使得剩余的可聚合单体聚合完全，构建出聚合物分散液晶网络结构与垂直取向的聚合物稳定液晶网络结构共存的高分子网络骨架，得到反式电控调光膜。
其中，非液晶性紫外光可聚合单体UV2的配比如表2所示；引发剂为2,4- 二乙基硫杂蒽酮；液晶性可聚合单体为C4N，其结构式如图5所示；
需要说明的是，以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，除实施例给出的具体应用外，本发明中非液晶性紫外光可聚合单体、液晶性可聚合单体和引发剂还可以为技术方案给出的其他组合，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜，其特征在于，包括液晶盒或液晶薄膜以及灌注在液晶盒或液晶薄膜之中的各向同性液体；
所述的各向同性液体的组分包括1.0～15.0wt％的POSS-SH、60.0～85.0wt％的混合液晶、12.0～39.0wt％的可聚合单体以及可聚合单体总质量的1.0～6.0％的引发剂。
2.如权利要求1所述的基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜，其特征在于，所述混合液晶为负性液晶或正性液晶。
3.如权利要求1所述的基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜，其特征在于，所述可聚合单体为非液晶性紫外光可聚合单体和液晶性可聚合单体的混合物。
4.如权利要求3所述的基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜，其特征在于，所述非液晶性紫外光可聚合单体包括不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、多烯硫醇体系、聚醚丙烯酸酯、水性丙烯酸酯和乙烯基醚类中的一种或多种。
5.如权利要求3所述的基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜，其特征在于，所述液晶性可聚合单体包括以下物质中的一种或多种，具体结构式如下：
Figure FDA0003657046020000011
其中，m、n取值为4～8，x、y为1～2，E、Q为丙烯酸酯、乙烯基醚、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、环氧或多烯硫醇。
6.如权利要求1所述的基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜，其特征在于，所述引发剂为光引发剂，具体包括二苯甲酮、安息香双甲醚、氯代硫杂蒽酮、2,4-二乙基硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮和2-羟基-2,2-甲基-1-苯基丙酮中的一种或多种。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按质量比将POSS-SH、混合液晶、可聚合单体和引发剂共混配制出POSS-SH/混合液晶/可聚合单体/引发剂复合体系，搅拌均匀；
S2、将S1制备的复合体系加热至温度高于复合体系清亮点1～2℃，将各向同性液体灌入液晶盒或置于两片导电薄膜之间并采用玻璃微球间隔子控制厚度，挤压成膜，将灌好的液晶盒或薄膜放置室温1～2min，以使液晶和可聚合单体发生相分离，形成液晶微滴；
S3、将灌注在液晶盒或置于两层导电薄膜之间的样品放置于0.05～0.8mw/cm2光照强度的弱紫外光下辐照0.5～3min，使体系中的可聚合单体发生不完全聚合，而后置于0.5～10mw/cm2光照强度的较强紫外光下辐照5～60min，使得剩余的可聚合单体聚合完全，构建出聚合物分散液晶网络结构与垂直取向的聚合物稳定液晶网络结构共存的高分子网络骨架，得到反式电控调光膜。
8.如权利要求7所述的基于POSS-SH掺杂的高分子分散与稳定液晶体系的反式电控调光膜的制备方法，其特征在于，玻璃微球的粒径为10～200μm。
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CN115639706A (zh) * 2022-09-21 2023-01-24 杭州兵智科技有限公司 一种基于两性离子的聚合物分散液晶器件及其制备方法
CN115639706B (zh) * 2022-09-21 2023-04-11 杭州兵智科技有限公司 一种基于两性离子的聚合物分散液晶器件及其制备方法

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