一种反式聚合物分散液晶薄膜的制备方法与流程

本发明属于液晶应用技术领域，特别是提供了一种具有红外节能效果的反式聚合物分散液晶薄膜的制备方法，制备的薄膜可以广泛应用于液晶显示、智能玻璃及其相关领域中。

背景技术：

聚合物分散液晶薄膜(PDLC)是将液晶分子填充在高分子形成的三维网络结构中，当不施加电场时，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。虽然PDLC膜可以实现状态可控，但其透明状态需要施加电场才能维持，耗电量在3.5W/m²左右。因此，PDLC膜不能实现真正意义上的节能。

反式聚合物分散液晶薄膜的电光性能特点为：当不对薄膜施加电场时薄膜呈透明状态；当对薄膜施加电场时薄膜呈光散射状态。由于其电光性能特点与正式电控调光膜正好相反，因此相对于正式电控调光膜，被称为反式电控调光膜。

反式电控调光膜的优点是：(1)当电控调光膜应用于建筑门窗时，在许多情况下，人们需要玻璃透明的时间多于光遮断的时间，这样反式电控调光膜需要施加电场的时间小于正式电控调光膜。(2)反式电控调光膜耗电仅约0.5W/m²，显著低于正式调光膜(约3.5W/m²)。因此，在使用时间相同条件下，使用反式电控调光膜的能耗显著低于使用正式电控调光膜。这样的薄膜主要应用于在大多数时间需要透明态的光电器件，无疑，这样可以更加经济和方便“在能源紧缺的今天，也更加实用和环保”。因此，反式光电薄膜的研究成为当今光电薄膜领域的一大热点。但目前反式薄膜都需要特种液晶作为材料，如胆甾液晶、负性液晶、双频液晶等。因此我们希望利用液晶动态散射原理制备出成本更加低廉的反式光电薄膜。

技术实现要素：

本发明目的在于，提供一种反式聚合物分散液晶薄膜的制备方法，该方法操作简单，工艺过程容易控制制备得到的液晶薄膜具有红外节能的效果。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种反式聚合物分散液晶薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)在重量百分比为40wt％～95wt％的负介电各向异性小分子液晶中引入重量百分比为5wt％～60wt％的液晶性可聚合单体，混合均匀得到混合体系，在该混合体系中加入添加剂和光引发剂混配出具有负介电各向异性的向列相液晶复合体系，添加剂和光引发剂的添加量均为混合体系总质量的0.01wt％～10wt％；

2)将向列相液晶复合体系灌入用镀有氧化铟锡导电层的玻璃基板制作的液晶盒中，或者用镀有氧化铟锡导电层的塑料薄膜将加入玻璃微珠的混合体系压制成液晶薄膜，由间隔垫或玻璃微珠来控制液晶薄膜的厚度；

3)通过毛细作用虹吸或使用交流电场控制上述液晶薄膜中的液晶分子取向，使之处于很好的平面织构状态；

4)在液晶薄膜上加盖掩膜，紫外光辐照液晶薄膜，制备成反式聚合物分散液晶薄膜。

优选地，所述液晶性可聚合单体选自以下结构化合物中的一种或多种：

化合物1：

化合物2：

化合物3：

化合物4：

化合物5：

化合物6：

化合物7：

化合物8：

化合物9：

化合物10：

本发明中液晶性可聚合单体是单官能单体，或者是双官能度或者多官能度单体。

本发明中，所述添加剂为增加向列相液晶电导率的添加剂。

优选地，所述添加剂为2,3,5,6-四氰基醌、十六烷基三甲基溴化铵和四丁基铵过氯酸盐中的一种或多种。

优选地，所述光引发剂为安息香异丙醚或二苯甲酮。

优选地，电场频率为2Hz～999MHz。

优选地，步骤4)中所用掩膜的基材为石英玻璃或PET薄膜，其形状为方形或圆形，线宽5μm～50μm。

优选地，紫外光强度为1μW/cm²～3mW/cm²，光照时间1min～20min。

本发明中，反式聚合物分散液晶薄膜的厚度为5μm～300μm。反式聚合物分散液晶薄膜的驱动电压阈值为3V～100V。

本发明可适用于所有的负介电各向异性小分子液晶，还适用于用正介电各向异性小分子液晶加入大的负介电各向异性物质替代得到的负介电各向异性小分子液晶，只要其最终可以得到具有负介电各向异性的液晶复合体系，从而在交流电场作用下能够使液晶复合体系中的向列相液晶分子平行取向。

本发明所述的将液晶复合体系压制成液晶薄膜可以是使用覆膜机或者压胶机仪器与PET膜将小分子液晶混合物压制成膜。

本发明在紫外光聚合的过程中同时加盖掩膜，调控聚合物分散液晶的网络形貌；本发明所使用的掩膜基材为石英玻璃或PET薄膜，其图形可为方形或圆形，线宽5μm～50μm。

本发明可以直接通过玻璃板或者塑料薄膜内侧的ITO导电层对液晶分子施加电场，控制液晶分子取向，或通过在玻璃板或者塑料薄膜的外侧施加大的电场对液晶分子进行取向控制。

本发明可以通过调整添加剂或者液晶性聚合单体的含量控制所制备的聚合物稳定液晶复合薄膜的散射效果。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明材料来源广泛，合成简单，成本低廉，加工简便，有利于大面积液晶薄膜的生产。

2.本发明所制备的反式聚合物分散液晶薄膜应用于建筑玻璃具有高效红外节能效果。

3.本发明可通过选择所需的不同掩膜图案及线宽控制聚合物网络形貌，调节聚合物薄膜驱动电压阈值。

4.当不对薄膜施加电场时薄膜呈透明状态；当对薄膜施加电场时薄膜呈光散射状态，而且在电场存在的条件下，红外光波段同样具有很好的散射效果，应用于建筑玻璃具有明显的节能效果。

附图说明

图1是实施例1制备的聚合物分散液晶薄膜的电压-透过率曲线。

图2是实施例1中不同电场频率下聚合物分散液晶薄膜的透过率波谱。

图3是实施例1中不同电场强度下聚合物分散液晶薄膜的透过率波谱。

具体实施方式

下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

在重量百分比为91wt％的负介电各向异性小分子液晶(SLC10V513-200)中引入重量百分比为9wt％的液晶性可聚合单体(化合物1)，混合均匀得到混合体系，在该混合体系中加入添加剂-十六烷基三甲基溴化铵和光引发剂-安息香异丙醚混配出具有负介电各向异性的向列相液晶复合体系，添加剂和光引发剂的添加量分别为混合体系总质量的0.1wt％和0.05wt％；将向列相液晶复合体系灌入用镀有氧化铟锡导电层的玻璃基板制作的液晶盒中，由间隔垫或玻璃微珠来控制液晶薄膜的厚度为40μm；通过毛细作用虹吸或使用交流电场控制上述液晶薄膜中的液晶分子取向，使之处于很好的平面织构状态；在液晶薄膜上加盖掩膜(所用掩膜的基材为石英玻璃，其形状为方形，线宽5μm)，在室温条件下用紫外光强度为2mW/cm²的365nm的紫外光辐照液晶薄膜15min，制备成反式聚合物分散液晶薄膜，反式聚合物分散液晶薄膜的驱动电压阈值为3V～100V。

使用液晶综合参数测试仪测试上述制备的反式聚合物分散液晶薄膜的电光性能 曲线，如图1所示，从图1中可以看出，制备的反式聚合物分散液晶驱动电压较低、对比度较大、热稳定性较好且在红外光波段具有较好的光散射效果。

在制备上述反式聚合物薄膜时，其他条件相同，不同之处在于分别采用以下条件制备不同的反式聚合物薄膜：1)相同电场强度(30.0V)的情况下，改变施加电场的频率，分别为5.0Hz、100.0Hz、500.0Hz、1000.0Hz；2)相同电场频率(100.0Hz)的情况下，改变施加电场的强度，分别为20.0V、30.0V、40.0V、50.0V；使用紫外/可见/近红外分光光度计测试反式聚合物分散液晶薄膜的400nm～3000nm光谱透过率曲线，条件1)的结果如图2所示，从图2中可以看出，可知在相同电场强度的情况下，提高电场频率对提高样品的透过率作用不明显。条件2)的结果如图3所示，从图3可以看出，在相同电场频率的情况下，提高电场强度可以有效提高样品的透过率。

实施例2

在重量百分比为95wt％的负介电各向异性小分子液晶(SLC10V513-200)中引入重量百分比为5wt％的液晶性可聚合单体(化合物3)，混合均匀得到混合体系，在该混合体系中加入添加剂-2,3,5,6-四氰基醌和光引发剂-安息香异丙醚混配出具有负介电各向异性的向列相液晶复合体系，添加剂和光引发剂的添加量分别为混合体系总质量的0.01wt％和0.01wt％；将向列相液晶复合体系灌入用镀有氧化铟锡导电层的玻璃基板制作的液晶盒中，由间隔垫或玻璃微珠来控制液晶薄膜的厚度为5μm；通过毛细作用虹吸或使用交流电场控制上述液晶薄膜中的液晶分子取向，使之处于很好的平面织构状态；在液晶薄膜上加盖掩膜(所用掩膜的基材为PET薄膜，其形状为圆形，线宽5μm。)，在室温条件下用紫外光强度为1μW/cm²的365nm的紫外光辐照液晶薄膜20min，制备成反式聚合物分散液晶薄膜，反式聚合物分散液晶薄膜的驱动电压阈值为3V～100V。

实施例3

在重量百分比为80wt％的负介电各向异性小分子液晶(SLC10V513-200)中引入重量百分比为20wt％的液晶性可聚合单体(化合物5)，混合均匀得到混合体系，在该混合体系中加入添加剂-十六烷基三甲基溴化铵和光引发剂-二苯甲酮混配出具有负介电各向异性的向列相液晶复合体系，添加剂和光引发剂的添加量分别为混合体系总质量的4wt％和3wt％；将向列相液晶复合体系灌入用镀有氧化铟锡导电层的 玻璃基板制作的液晶盒中，由间隔垫或玻璃微珠来控制液晶薄膜的厚度为100μm；通过毛细作用虹吸或使用交流电场控制上述液晶薄膜中的液晶分子取向，使之处于很好的平面织构状态；在液晶薄膜上加盖掩膜(所用掩膜的基材为石英玻璃，其形状为方形，线宽30μm。)，在室温条件下用紫外光强度为1mW/cm²的365nm的紫外光辐照液晶薄膜18min，制备成反式聚合物分散液晶薄膜，反式聚合物分散液晶薄膜的驱动电压阈值为3V～100V。

实施例4

在重量百分比为70wt％的负介电各向异性小分子液晶(SLC10V513-200)中引入重量百分比为30wt％的液晶性可聚合单体(化合物8)，混合均匀得到混合体系，在该混合体系中加入添加剂-四丁基铵过氯酸盐和光引发剂-安息香异丙醚混配出具有负介电各向异性的向列相液晶复合体系，添加剂和光引发剂的添加量分别为混合体系总质量的6wt％和6wt％；将向列相液晶复合体系灌入用镀有氧化铟锡导电层的玻璃基板制作的液晶盒中，由间隔垫或玻璃微珠来控制液晶薄膜的厚度为200μm；通过毛细作用虹吸或使用交流电场控制上述液晶薄膜中的液晶分子取向，使之处于很好的平面织构状态；在液晶薄膜上加盖掩膜(所用掩膜的基材为PET薄膜，其形状为方形，线宽40μm。)，在室温条件下用紫外光强度为3mW/cm²的365nm的紫外光辐照液晶薄膜1min，制备成反式聚合物分散液晶薄膜，反式聚合物分散液晶薄膜的驱动电压阈值为3V～100V。

实施例5

在重量百分比为40wt％的负介电各向异性小分子液晶(SLC10V513-200)中引入重量百分比为60wt％的液晶性可聚合单体(化合物10)，混合均匀得到混合体系，在该混合体系中加入添加剂-十六烷基三甲基溴化铵和光引发剂-安息香异丙醚混配出具有负介电各向异性的向列相液晶复合体系，添加剂和光引发剂的添加量分别为混合体系总质量的10wt％和10wt％；将向列相液晶复合体系灌入用镀有氧化铟锡导电层的玻璃基板制作的液晶盒中，由间隔垫或玻璃微珠来控制液晶薄膜的厚度为300μm；通过毛细作用虹吸或使用交流电场控制上述液晶薄膜中的液晶分子取向，使之处于很好的平面织构状态；在液晶薄膜上加盖掩膜(所用掩膜的基材为PET薄膜，其形状为方形，线宽50μm。)，在室温条件下用紫外光强度为2mW/cm²的365nm的紫外光辐照液晶薄膜15min，制备成反式聚合物分散液晶薄膜，反式聚合物分散液晶 薄膜的驱动电压阈值为3V～100V。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。