一种红外反射涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及光学涂料技术领域，具体涉及一种红外反射涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

胆甾相液晶材料由于其特殊的螺旋结构而具有选择性反射的特性，这种特殊的光学性质，使得胆甾相液晶被广泛的应用在智能窗领域。单一螺距的胆甾相液晶反射波长由bragg公式(为液晶的平均光折射率，θ为光的入射角)决定，反射光谱带宽由公式δλ＝(ne-no)×p＝δn×p(δn＝(ne-no)为双折射率)决定。通过将小分子胆甾相液晶聚合成为高分子可以保留液晶的bragg反射特性，同时又可以将这种胆甾相结构稳定保存在液晶碎片或者薄膜中。将液晶薄膜碎片化可以在保留液晶的bragg反射特性的同时，又能保留高分子聚合物结构的稳定性，这将进一步拓展胆甾相液晶在我们日产生活中的应用，例如宽波段反射器件、全反射器件等等。

目前，全球能源需求急剧增长，其中建筑能耗占了总能耗的20％-40％，随着全球变暖，到2100年，加热装置将会减少34％，同时降温装置将会增加74％，而热量的产生主要是由于太阳光中的红外线部分，超过75％的红外光能量集中在波长700-1400nm的近红外区域，所以如果能制备一种可应用于建筑物外表面的特定红外反射碎片，这无疑将大大减少建筑能耗。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种红外反射涂料及其制备方法和应用，该红外反射涂料可选择性反射左旋和右旋特定波段的红外光，可应用于建筑物外表面，减少建筑能耗。

本发明所采用的技术方案是：一种红外反射涂料，包括如下原料组分：胆甾相红外反射液晶聚合物碎片和可固化材料；所述胆甾相红外反射液晶聚合物碎片包括左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片和右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片。胆甾相红外反射液晶聚合物碎片可以理解为可反射红外光的胆甾相液晶聚合物碎片，其反射波段在700-1400nm范围内。

优选地，所述左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片的原料包括：向列相液晶、左旋手性掺杂剂、光诱发剂和阻聚剂；所述右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片的原料包括：向列相液晶、右旋手性掺杂剂、光诱发剂和阻聚剂。

优选地，基于所述左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片的总质量，所述左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片的原料包括：20-30％向列相液晶a、25-35％向列相液晶b、35-45％列相液晶c、1.9-3.0％左旋手性掺杂剂、1-3％光诱发剂和150-250ppm阻聚剂；

基于所述右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片的总质量，所述右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片的原料包括：20-30％向列相液晶a、25-35％向列相液晶b、35-45％向列相液晶c、1.9-3.0％右旋手性掺杂剂、1-3％光诱发剂和150-250ppm阻聚剂；

所述向列相液晶a的结构式为：

所述向列相液晶b的结构式为：

所述向列相液晶c的结构式为：

优选地，所述左旋手性掺杂剂选自s1011、s811、s5011、s6n中的至少一种；所述右旋手性掺杂剂选自r1011、r811、cb15、r5011、r6n中的至少一种

优选地，所述光诱发剂选自苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、二-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、安息香双甲醚、1-羟基环己基苯基甲酮中的至少一种。

优选地，所述阻聚剂选自对苯二酚、对叔丁基苯酚、苯醌、硝基苯、亚硝基苯中的至少一种。

优选地，所述左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片包括至少两种反射波段不同的左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片子体，和/或所述右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片包括至少两种反射波段不同的右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片子体。以上各左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片子体实质也为左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片，具有在700-1400nm范围内的不同反射波段；以上各右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片子体实质也为右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片，具有在700-1400nm范围内的不同反射波段；以上命名仅是为了便于阅读区分。

优选地，所述胆甾相红外反射液晶聚合物碎片通过薄膜破碎法或软光刻法制得。

优选地，所述可固化材料包括聚二甲基硅氧烷、紫外固化胶中的至少一种。

本发明还提供了一种上述红外反射涂料的制备方法，包括以下步骤：将所述胆甾相红外反射液晶聚合物碎片与可固化材料混合，而后进行超声分散处理。

以上红外反射涂料可应用于建筑外墙上，具体可使用涂布机将以上红外反射涂料涂布于建筑物外表面，涂布过程中可借助涂布机使红外反射涂料中的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片平行于外墙表面，而后将其固化，以形成红外反射涂层。优选地，可通过涂覆多层涂料，以使整体红外反射涂层中设有多层胆甾相红外反射液晶聚合物碎片；进一步优选地，各层胆甾相红外反射液晶聚合物碎片之间错位排布，以通过将不同手性的胆甾相液晶聚合物碎片叠加在一起提高反射效率。

本发明的有益技术效果是：本发明提供一种红外反射涂料及其制备方法和应用，该红外反射涂料包括胆甾相红外反射液晶聚合物碎片和可固化材料；胆甾相红外反射液晶聚合物碎片包括左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片和右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片。通过以上方式，由于该红外反射涂料中包括不同手性的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片，当自然光照射到液晶聚合物碎片表面，根据布拉格反射原理，液晶聚合物碎片中的左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片和右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片可分别对应反射自然光中左旋和右旋特定波段的光，以阻绝入射光中的部分或全部近红外光，因而，该红外反射涂料可应用于建筑外墙，减少建筑热量产生，以实现降低建筑能耗的目的。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。

图1是胆甾相液晶选择性反射原理示意图；

图2是本发明一实施例红外反射涂料应用于建筑外墙的整体结构示意图；

图3是图2中红外反射涂料应用于建筑外墙形成的红外反射涂层的主视结构示意图；

图4是图2中红外反射涂料应用于建筑外墙形成的红外反射涂层的俯视结构示意图；

图5是图2中红外反射涂料应用于建筑外墙形成的红外反射涂层的反射理论示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

发明人通过深入研究胆甾相液晶，包括研究胆甾相液晶特性及反射原理等，经过不断探究和创造性实验得出本申请的方案。具体参阅图1，图1是胆甾相液晶选择性反射原理示意图。由于胆甾型液晶具有特定的手性螺旋结构，它可以选择性反射左旋或右旋特定波段的光。而通过研究发现，反射的旋光性一般由胆甾相掺杂剂的手性结构决定，反射波段由胆甾相掺杂剂浓度决定，单一胆甾相液晶聚合物碎片最高可反射50％特定波段的自然光，通过将不同手性的胆甾相液晶聚合物碎片叠加在一起就可以达到100％的反射效果，同时将不同反射波段的胆甾相液晶聚合物碎片混合可以达到宽波段反射的目的。因而，发明人利用胆甾相液晶的以上特性将包含不同手性反射特定波段(700-1400nm范围内)的胆甾相液晶聚合物碎片混合应用于红外反射涂料的制备，所制得红外反射涂料中的各胆甾相液晶聚合物碎片可选择性反射左旋或右旋特定波段的红外光，由于其中同时包含左旋胆甾红外反射相液晶聚合物碎片和右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片，通过共同作用，可在一定程度上反射左旋和右旋的近红外光，通过合理配置，甚至实现全发射，从而该红外反射涂料可应用于建筑物外表面，以减少热量的产生，降低建筑能耗。

实施例1

(一)制备胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(薄膜破碎法)：

1)配置混合液晶：按如下重量配比取原料：24％向列相液晶a(hcm-008)、25％向列相液晶b(hcm-021)、45％向列相液晶c(hcm-020)、3％左旋手性掺杂剂s1011、3％光引发剂苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、200ppm阻聚剂对苯二酚；在黄光条件下，将以上原料溶解在溶剂二氯甲烷中，得混合液；然后将混合液自然干燥，直至其中的溶剂完全挥发，得混合液晶。

2)液晶薄膜的制备：在黄光条件下，将混合液晶加热到液晶态，然后利用涂布机涂布到玻璃基板上，涂布机的刮刀在涂布过程可辅助液晶分子取向；而后将涂布后的混合液晶置于紫外光下固化，使液晶分子之间键合形成聚合物；紫外聚合后再在120-130℃条件下热聚合10-15min。

3)液晶聚合物碎片的制备和收集：将聚合好的液晶聚合物薄膜从玻璃基板上剥落，而后置于饱和氯化钠溶液中，利用超声细胞粉碎仪破碎，并将破碎后的液晶聚合物碎片用筛网进行筛选与收集，通常选取尺寸小于和/或等于60×60×10μm的液晶聚合物碎片，制得左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)a。

以上左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)a的原料中，向列相液晶a为hcm-008(购买于江苏合成显示科技股份有限公司)，其结构式为：

向列相液晶b为hcm-021(购买于江苏合成显示科技股份有限公司)，其结构式为：

向列相液晶c为hcm-020(购买于江苏合成显示科技股份有限公司)，其结构式为：

利用类似的方法制备不同手性和不同反射波段的胆甾相红外反射液晶碎片(子体)。

具体地，按类似于以上的方法制备另一种胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)，其原料及重量配比如下：20％向列相液晶a(hcm-008)、35％向列相液晶b(hcm-021)、40％向列相液晶c(hcm-020)、2.5％左旋手性掺杂剂s811、2.5％光引发剂安息香双甲醚、150ppm阻聚剂对叔丁基苯酚，按如上薄膜破碎法制得左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)b。

按类似于以上的方法制备另一种胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)，其原料及重量配比如下：30％向列相液晶a(hcm-008)、30％向列相液晶b(hcm-021)、35％向列相液晶c(hcm-020)、3％右旋手性掺杂剂r1011、2％光引发剂二-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、180ppm阻聚剂苯醌，按如上薄膜破碎法制得右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)c。

按类似于以上的方法制备另一种胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)。其原料及重量配比如下：28％向列相液晶a(hcm-008)、31％向列相液晶b(hcm-021)、38％向列相液晶c(hcm-020)、1.9％右旋手性掺杂剂r811、1％光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮、250ppm阻聚剂硝基苯，按如上薄膜破碎法制得右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)d。

(二)制备红外反射涂料

将以上所制得的不同手性和不同反射波段的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)与可固化材料聚二甲基硅氧烷混合，超声使其混合分散均匀，制得红外反射涂料。

(三)应用于建筑外墙

使用涂布机将以上红外反射涂料涂布于建筑物玻璃外墙表面，加热通过聚合反应使其固化，形成红外反射涂层。涂布机在涂布过程中红外反射涂料中的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片在刮刀的作用下平行对齐于建筑物玻璃外墙表面，且均匀分布，红外反射涂料中可固化材料起初为液体状，聚合反应后呈固态并贴附在建筑物玻璃外墙表面，形成红外反射涂层，胆甾相红外反射液晶聚合物碎片均匀、稳定地保留在其中，且性能不受影响。其整体结构参阅图2～4所示，其中，图2为本实施例红外反射涂料应用涂布于建筑外墙的整体结构示意图；图3是图2中红外反射涂料应用于建筑外墙形成的红外反射涂层的主视结构示意图；图4是图2中红外反射涂料应用于建筑外墙形成的红外反射涂层的俯视结构示意图。

如图2～4所示，本实施例红外反射涂料涂覆于建筑物1的玻璃外墙表面2上固化形成红外反射涂层3，其中，胆甾相红外反射液晶聚合物碎片31均匀稳定地分布于可固化材料32中，且胆甾相红外反射液晶聚合物碎片31平行于玻璃外墙表面2多层错位排布。

参阅图5，图5为图2中红外反射涂料应用于建筑外墙形成的红外反射涂层的反射理论示意图。由于红外反射涂层中的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片由不同手性和不同反射波段的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片混合而成，当自然光a照射到最外层胆甾相红外反射液晶聚合物碎片的表面时，根据布拉格反射原理，自然光中的左旋或者右旋特定波段的光被反射回去，剩余的光投射进入下一层胆甾相红外反射液晶聚合物碎片层，并根据同样的原理被选择性放射。由于其中包含不同手性的700-1400nm反射波段的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片，所以自然光中近红外部分在多层胆甾相红外反射液晶聚合物碎片层的作用下被反射出去，从而减少建筑热量产生，实现降低建筑能耗。

实施例2

(一)制备胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(软光刻法)：

1)配置混合液晶：按如下重量配比取原料：20％向列相液晶a(hcm-008)、35％向列相液晶b(hcm-021)、40％向列相液晶c(hcm-020)、2％左旋手性掺杂剂s5011、3％光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮、150ppm阻聚剂亚硝基苯；在黄光条件下，将以上原料溶解在溶剂二氯甲烷中，得混合液；然后将混合液自然干燥，直至其中的溶剂完全挥发，得混合液晶。

2)制备聚二甲基硅氧烷基底：利用光刻方式将光刻胶在基板上制备特定图案(碎片形状)，将二甲基硅氧烷与固化剂聚二甲基硅氧烷按1:9的比例倒在有特定图案的玻璃基板上，并在80℃热固化1h制备聚二甲基硅氧烷图案基底；再在基底有图案的一侧旋涂一层聚乙烯醇，以利于后期碎片的剥离。

3)液晶聚合物碎片的制备和收集：将混合液晶加热到液晶态，然后利用涂布机涂布到玻璃基板上，涂布机的刮刀在涂布过程可辅助液晶分子取向；而后将涂布后的混合液晶置于紫外光下固化，使液晶分子之间键合形成聚合物；紫外聚合后再在120-130℃条件下热聚合10-15min，形成液晶聚合物薄膜。将覆有液晶聚合物薄膜的基底置于水中，利用超声细胞粉碎仪破碎，并将破碎后的碎片用筛网进行筛选与收集，通常选取尺寸小于和/或等于60×60×10μm的液晶聚合物碎片，制得左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)a。

利用类似的方法制备不同手性和不同反射波段的胆甾相红外反射液晶碎片(子体)。

具体地，按类似于以上的方法制备另一种胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)，其原料及重量配比如下：25％向列相液晶a(hcm-008)、25％向列相液晶b(hcm-021)、45％向列相液晶c(hcm-020)、3％左旋手性掺杂剂s6n、2％光引发剂二-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、180ppm阻聚剂硝基苯，按如上软光刻法制得左旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)b。

按类似于以上的方法制备另一种胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)，其原料及重量配比如下：29％向列相液晶a(hcm-008)、30％向列相液晶b(hcm-021)、38％向列相液晶c(hcm-020)、1.9％右旋手性掺杂剂r5011、1％光引发剂安息香双甲醚、250ppm阻聚剂对苯二酚，按如上软光刻法制得右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)c。

按类似于以上的方法制备另一种胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)，其原料及重量配比如下：30％向列相液晶a(hcm-008)、31％向列相液晶b(hcm-021)、35％向列相液晶c(hcm-020)、2.5％右旋手性掺杂剂r6n、1.5％光引发剂苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、250ppm阻聚剂苯醌，按如上软光刻法制得右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)d。

(二)制备红外反射涂料

将以上所制得的不同手性和不同反射波段的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片(子体)与可固化材料紫外固化胶混合，超声使其混合分散均匀，制得红外反射涂料，该涂料通常需避光保存。

(三)应用于建筑外墙

使用涂布机将以上红外反射涂料涂布于建筑玻璃外墙表面，通过紫外光照聚合使其固化，形成红外反射涂层。涂布机在涂布过程中红外反射涂料中的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片在刮刀的作用下平行对齐于建筑玻璃外墙表面，且多层错位、均匀分布，红外反射涂料中可固化材料起初为液体状，聚合反应后呈固态并贴附在建筑玻璃外墙表面，形成红外反射涂层，胆甾相红外反射液晶聚合物碎片均匀、稳定地保留在其中，且性能不受影响。

同理地，由于红外反射涂层中的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片由不同手性和不同反射波段(700-1400nm范围内)的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片混合而成，当自然光照射到最外层胆甾相红外反射液晶聚合物碎片的表面时，自然光中的左旋或者右旋特定波段的光被反射回去，剩余的光投射进入下一层胆甾相红外反射液晶聚合物碎片层，并根据同样的原理被选择性放射。由于其中包含不同手性的700-1400nm反射波段的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片，所以自然光中近红外部分在多层胆甾相红外反射液晶聚合物碎片层的作用下被反射出去，从而减少建筑热量产生，实现降低建筑能耗。

在生产过程中，可根据实际需要，采用不同手性结构的胆甾相掺杂剂和通过调整胆甾相掺杂剂的浓度以制备不同手性、不同反射波段的胆甾相红外反射液晶聚合物碎片，如制备反射波段在700-900nm、反射波段在800-1000nm、反射波段在1000-1200nm、反射波段在1200-1400nm的左旋和右旋胆甾相红外反射液晶聚合物碎片；而后将胆甾相红外反射液晶聚合物碎片与可固化材料混合，以制成红外反射涂料。该红外反射涂料可应用于建筑物、车辆等外表面。而在将红外放射涂料涂覆应用于建筑物或车辆等外表面时，可根据需求涂覆一层或多层(包括2层、3层、5层、8层、10层等)涂料，来控制整体红外反射涂层中胆甾相红外反射液晶聚合物碎片的层数；以实现反射部分或全部近红外光，减少热量的产生，降低建筑能耗。具体可根据最终的发射要求，调整确定所需不同反射波段碎片的种类、及各碎片的用量和涂料涂覆的方式等。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。