專利名稱：智能化光屏蔽薄膜材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液晶應(yīng)用領(lǐng)域，特別是提供了一種智能化光屏蔽薄膜材料的制備方法，適用于制備一種隨溫度調(diào)節(jié)光的通過與阻斷的智能光屏蔽薄膜材料。
背景技術(shù)：
液晶相是一種介于固態(tài)和液態(tài)的相態(tài)，液晶既具有固體的各向異性又具有液體的流動性，這種特有的性質(zhì)為我們提供了很多應(yīng)用選擇。液晶在我們?nèi)粘Ｉ钸^程中有著廣泛的應(yīng)用，如液晶顯示、液晶聚合物等等。
液晶/高分子薄膜復(fù)合材料也得到了廣泛的應(yīng)用。聚合物分散液晶(PolymerDispersed Liquid CrystalsPDLC)就是其中一類，也是用于制備智能玻璃的重要材料。PDLC是將液晶以微滴的形式分散在聚合物基體中得到一種薄膜復(fù)合材料(J.L.Fergason，US Put.，1984，4 435 047)。由于液晶微滴的有效折射率和聚合物基體的折射率不匹配，這種材料在無電場的作用下呈現(xiàn)乳白色的不透明態(tài)，當(dāng)施加一個合適的電場后，液晶分子垂直基片排列，如果此時液晶長軸的折射率和聚合物基體的折射率相當(dāng)，則呈現(xiàn)透明態(tài)。使用柔軟的導(dǎo)電膜作為基片制備PDLC膜，然后將其與玻璃復(fù)合就可以得到電控智能玻璃，通過電場的開關(guān)來控制光的透過和隔斷，從而實現(xiàn)透明和非透明態(tài)的轉(zhuǎn)換。使用此玻璃可以有效的調(diào)控光的通過，可以隔斷太陽光輻射，有效的降低空調(diào)的負荷，達到節(jié)能目的。
日本、韓國和美國在此種電控智能玻璃技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面處于世界的領(lǐng)先位置。由于電控智能玻璃擁有較高的技術(shù)含量，成品價格較高，目前屬于高檔消費物品。
雖然電控智能玻璃具有節(jié)能化和智能化的特點，但是在透明狀態(tài)下需要施加一個持續(xù)的電場，從而需要額外的能源消耗，沒有實現(xiàn)完全意義上的節(jié)能，同時，其透明態(tài)的轉(zhuǎn)換需要人為控制電場的開關(guān)，在一些場合下電控智能玻璃不能完全滿足我們的需要。
本發(fā)明提供了制備一種智能化光屏蔽薄膜材料的方法，制備的薄膜材料隨溫度變化自動調(diào)節(jié)光的通過和隔斷，具有智能化和節(jié)能性。當(dāng)溫度低時，它呈透明態(tài)，光線可以透過；當(dāng)溫度高時，里不透明態(tài)，隔斷光線，繼而阻斷了光的熱輻射。溫度降低時又可以由不透明態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鲬B(tài)。轉(zhuǎn)變過程無需人為控制，也不需要額外的驅(qū)動，真正實現(xiàn)了智能和節(jié)能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種智能化光屏蔽薄膜材料的制備方法，獲得了一種隨溫度改變自動調(diào)節(jié)光的通過與隔斷的智能化光屏蔽薄膜材料，從而達到保護環(huán)境和節(jié)約能源的效果。
本發(fā)明的關(guān)鍵是使用具有近晶相到手征向列相相轉(zhuǎn)變的液晶，將近晶相液晶分子垂直于基體的排列方式固定下來，使其在近晶相時呈現(xiàn)光透明態(tài)，在溫度高于近晶相到手征向列相相轉(zhuǎn)變溫度后，即在手征向列相時，分子排列呈焦錐織構(gòu)，呈現(xiàn)非透明態(tài)。兩種狀態(tài)隨溫度的變化可以自動轉(zhuǎn)換。
在液晶中添加的手性添加劑，手性添加劑的質(zhì)量濃度在0.1％～20％，同時此液晶在溫度低于晶相到手征向列相轉(zhuǎn)變溫度下呈近晶相，溫度高于近晶相到手征向列相轉(zhuǎn)變溫度Tn時轉(zhuǎn)化為手征向列相，Tn的范圍在0℃～80℃。沒有取向處理的近晶相液晶會呈現(xiàn)非透明態(tài)。當(dāng)液晶分子垂直基體排列，對光無散射作用，呈現(xiàn)透明態(tài)。隨著溫度升高到Tn后，液晶由近晶相轉(zhuǎn)為手征向列相，分子呈焦錐排列，對入射光有強烈的散射作用，此時薄膜呈現(xiàn)非透明態(tài)；溫度降低回到近晶相后，液晶分子恢復(fù)垂直排列，重新呈現(xiàn)透明態(tài)，從而實現(xiàn)溫控光開關(guān)的效果。
為了實現(xiàn)近晶相液晶的垂直排列，可以有如下兩種方法1)在近晶相液晶中添加丙烯酸酯類可聚合單體或乙烯基類可聚合單體，可聚合單體的質(zhì)量濃度在0.1％～30％。對近晶相液晶施加一個電場，電場的范圍在0V～200V，這個電場所加電壓值應(yīng)保證使薄膜呈透明態(tài)，此時近晶相液晶中的分子垂直于基體排列。然后使可聚合單體發(fā)生聚合，形成高分子網(wǎng)絡(luò)，將近晶相液晶的分子垂直排列固定下來，使薄膜在室溫下保持透明態(tài)。薄膜從手征向列相回到近晶相后，受高分子網(wǎng)絡(luò)的作用，液晶分子重新垂直排列，從而制備出溫控智能光屏蔽薄膜材料。
2)對基體表面進行垂直取向處理，受表面垂直取向的作用，近晶相液晶分子垂直基體排列，從手征向列相返回近晶相仍可以保持垂直排列，達到保持近晶相液晶分子垂直取向排列的目的。
本發(fā)明的優(yōu)點在于可以實現(xiàn)光的自動通過與隔斷。低溫下保持透明態(tài)，可以使光通過，提高室內(nèi)溫度；溫度高時，自動隔斷太陽光，保持室內(nèi)溫度，從而有利于能源的節(jié)?。慌c傳統(tǒng)的PDCL薄膜相比，無須人為控制，也沒有額外的驅(qū)動，更加智能化和節(jié)約化。


圖1為本發(fā)明的原理示意圖。低溫下，近晶相液晶分子垂直于基片排列，呈透明態(tài)；當(dāng)溫度高于特定值Tn時，液晶由近晶相轉(zhuǎn)變?yōu)槭终飨蛄邢?，分子呈焦錐排列，為強烈光散射態(tài)，呈不透明態(tài)。兩種狀態(tài)隨溫度的變化相互轉(zhuǎn)換。
圖2隨溫度變化的光透過率變化曲線圖。
具體實施例方式
本發(fā)明所使用的液晶具有在一定溫度下由近晶相向手征向列相轉(zhuǎn)變的特征，通過保持低溫時近晶相時液晶分子的垂直排列獲得透明態(tài)，通過高溫時手征向列相的焦錐織構(gòu)獲得不透明態(tài)。光透過態(tài)向光散射態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度和轉(zhuǎn)變區(qū)間可以通過調(diào)節(jié)材料組分進行控制。
實例1含有近晶相到手征向列相轉(zhuǎn)變的液晶選用商品名S6(Merck co.，Ltd.)，SLC-1717(石家莊永生華清液晶有限公司)和手性添加劑CB15(Merck co.，Ltd.)配制，三種比例依次為80％∶15％∶5％，可聚合單體由實驗室合成，分子式見下，光引發(fā)劑選用1-羥基環(huán)已基苯基酮，商品名184(靖江宏泰化工有限公司)，可聚合單體的質(zhì)量是混和液晶總質(zhì)量的5％，光引發(fā)劑的質(zhì)量是單體質(zhì)量的1％。將上述組分混和均勻后即可得到所需的混和溶液。
可聚合單體分子式 將混和溶液注入未經(jīng)任何表面處理的由ITO玻璃制備的液晶盒，液晶盒的厚度由PET間隔墊控制，從而控制薄膜的厚度，現(xiàn)采用的間隔墊的厚度為14um，加50V的電壓使液晶盒呈透明態(tài)，然后在紫外光下照射使其中的可聚合單體反應(yīng)，去掉電場后仍保持透明。將其加熱到36.3℃，透過率發(fā)生急劇下降，表現(xiàn)為乳白色的光散射非透明態(tài)；當(dāng)溫度降到36.3℃以下時，光透過率上升，重新呈透明態(tài)。隨溫度變化的光透過率曲線見附圖3。
實例2液晶采用實例1中所配制的混和液晶，不加入單體和光引發(fā)劑。
對基體進行表面垂直取向處理，采用的表面取向劑為N，N-dimethyl-N-octadecyl-3-aminipropyltrimethoxysilyl chloride。近晶相液晶分子受表面取向劑的影響將垂直于基體排列，薄膜呈光透明態(tài)；從高溫的手征性向列相降溫到向列相后也回復(fù)到垂直排列，重新由非透明態(tài)轉(zhuǎn)為透明態(tài)。轉(zhuǎn)變溫度為36.3℃。
實例3采用一種側(cè)鏈液晶高分子和SLC-1717配制所需的具有近晶相到向列相轉(zhuǎn)變的液晶，在其中添加CB15，其中側(cè)鏈液晶高分子的分子見下，三種組分的質(zhì)量比為6％∶90％∶4％。在混和液晶中加入1％可聚合單體(同實例1)和0.01％的光引發(fā)劑184，攪拌均勻。對液晶盒進行表面垂直取向處理(同實例2)，將混合物注入液晶盒中，側(cè)鏈液晶高分子的液晶基元受表面垂直取向劑的影響將垂直基體表面排列，然后在將液晶盒至于紫外光下照射，其中的可聚合單體將發(fā)生聚合反應(yīng)，將液晶基元的垂直排列的保持下來。此薄膜的相轉(zhuǎn)變溫度為32.7℃。
側(cè)鏈液晶高分子分子式
權(quán)利要求
1.一種智能化光屏蔽薄膜材料的制備方法，使用具有近晶相到手征向列相相轉(zhuǎn)變的液晶，將近晶相液晶分子垂直于基體的排列方式固定下來，使其在近晶相時呈現(xiàn)光透明態(tài)，在溫度高于近晶相到手征向列相相轉(zhuǎn)變溫度后，在手征向列相時，分子排列呈焦錐織構(gòu)，呈現(xiàn)非透明態(tài)；兩種狀態(tài)隨溫度的變化可以自動轉(zhuǎn)換；具體工藝為在液晶中添加質(zhì)量濃度在0.1％～20％的手性添加劑，同時此液晶在溫度低于近晶相到手征向列相轉(zhuǎn)變溫度下呈近晶相，溫度高于近晶相到手征向列相轉(zhuǎn)變溫度Tn時轉(zhuǎn)化為手征向列相，Tn的范圍在0℃～80℃，沒有取向處理的近晶相液晶呈現(xiàn)非透明態(tài)，當(dāng)液晶分子垂直基體排列，對光無散射作用，呈現(xiàn)透明態(tài)；隨著溫度升高到Tn后，液晶由近晶相轉(zhuǎn)為手征向列相，分子呈焦錐排列，對入射光有強烈的散射作用，此時薄膜呈現(xiàn)非透明態(tài)；溫度降低回到近晶相后，液晶分子恢復(fù)垂直排列，重新呈現(xiàn)透明態(tài)。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于實現(xiàn)近晶相液晶的垂直排列是在近晶相液晶中添加丙烯酸酯類或乙烯基類可聚合單體，可聚合單體的質(zhì)量濃度在0.1％～30％；對近晶相液晶施加一個電場，電場的范圍在0V～200V，所加電壓使薄膜呈透明態(tài)，此時近晶相液晶中的分子垂直于基體排列；然后使可聚合單體發(fā)生聚合，形成高分子網(wǎng)絡(luò)，將近晶相液晶的分子垂直排列固定下來，使薄膜在室溫下保持透明態(tài)；薄膜從手征向列相回到近晶相后，受高分子網(wǎng)絡(luò)的作用，液晶分子重新垂直排列。
3.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于實現(xiàn)近晶相液晶的垂直排列是對基體表面進行垂直取向處理，受表面垂直取向的作用，近晶相液晶分子垂直基體排列，從手征向列相返回近晶相仍保持垂直排列，達到保持近晶相液晶分子垂直取向排列。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種智能化光屏蔽薄膜材料的制備方法，屬于液晶應(yīng)用領(lǐng)域。使用具有近晶相到手征向列相相轉(zhuǎn)變的液晶，將近晶相液晶分子垂直于基體的排列方式固定下來，使其在近晶相時呈現(xiàn)光透明態(tài)，在溫度高于近晶相到手征向列相相轉(zhuǎn)變溫度后，在手征向列相時，分子排列呈焦錐織構(gòu)，呈現(xiàn)非透明態(tài)；兩種狀態(tài)隨溫度的變化可以自動轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的優(yōu)點在于可以實現(xiàn)光的自動通過與隔斷。低溫下保持透明態(tài)，可以使光通過，提高室內(nèi)溫度；溫度高時，自動隔斷太陽光，保持室內(nèi)溫度，從而有利于能源的節(jié)?。慌c傳統(tǒng)的PDCL薄膜相比，無須人為控制，也沒有額外的驅(qū)動，更加智能化和節(jié)約化。
文檔編號G02F1/139GK1776514SQ20051008699
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者楊槐, 馬征, 李文波, 耿君, 張衛(wèi)東, 王立波, 楊海蓮, 石琳, 曹暉, 高建勛, 王麗萍, 楊穆, 海明潭, 王戈 申請人:北京科技大學(xué)