一种紫外分步聚合制备宽波段光屏蔽薄膜材料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于液晶材料应用领域，提供了一种紫外分步聚合制备宽波段光屏蔽薄膜 材料的方法。该材料可广泛应用于液晶显示器用光增亮膜、建筑口窗玻璃贴膜或涂料W及 军事用红外隐身屏蔽材料等领域。
【背景技术】
[0002] 胆酱相（N*相）液晶是最早发现的液晶材料之一，同时也是目前应用非常广泛的 液晶材料。其形成条件主要有两种，一种为液晶分子本身具有手性结构，二为向列相液晶中 渗杂手性化合物。由于手性结构的存在，在分子间特殊的相互作用下，使得N*相液晶具有 周期性的螺旋排列方式，其液晶分子旋转360°所需要的距离称为螺距（P)。对于向列相液 晶渗杂手性化合物所形成的N*相液晶，其渗杂不同种类及含量的手性化合物会对N*相液 晶的螺距产生不同的影响，P= 1AHTPXX。)，其中HTP为手性化合物的螺旋扭曲力，X。为手 性化合物在液晶中的摩尔分数。因此，在手性化合物含量一定的情况下，手性化合物的螺旋 扭曲力越大，N*相液晶的螺距越小。
[0003] N*相液晶具有选择性反射入射光的特性，其反射入射光的波长为A=nP，反射入 射光的波长宽度为AA=AnP,其中n和An分别为N*相液晶材料的平均折射率和双折 射指数。在反射波长宽度内，与胆酱相液晶螺旋结构旋向相同的圆偏振光被反射，与胆酱相 液晶螺旋结构旋向相反或者在反射带宽之外的圆偏振光被透射出去。一般而言，对于无色 的有机材料而言，其An的数值一般小于0. 3,在可见光区，N*相液晶的反射波宽为IOOnm 左右。如果想进一步增加反射波宽范围，根据公式AA=AnP,增大螺距是比较可行的，目 前常用的方法是将N*相液晶复合体系中螺距形成梯度分布或非均匀分布。
[0004] 针对不同波段范围入射光的反射可W有效实现屏蔽不同波段入射光的效果，反射 波段范围在可见光区域的N*相液晶复合材料可W应用于节能环保的液晶显示器的光增亮 膜等；反射波段范围在近红外光区域的N*相液晶复合材料可W应用于节能环保的建筑口 窗玻璃贴膜或者涂料等；反射波段范围在中红外光区域的N*相液晶复合材料可W应用于 军事领域的红外隐身屏蔽材料等。因此，宽波段光屏蔽薄膜材料在诸多领域具有重要的应 用前景，从而吸引了众多国内外学者的广泛关注。1995年，荷兰科学家化J.化oer教授研究 小组（CN97191106. 1)通过分子扩散的原理，根据染料吸收紫外光的性质，在薄膜厚度方向 形成紫外光强度梯度，进而制备了具有螺距梯度分布的N*相液晶复合薄膜。他们所制备的 宽波反射薄膜可W反射整个可见光波长范围的圆偏振光。由于单体在液晶中的扩散程度与 紫外光强度有关，因此运种方法所形成的波宽对紫外强度十分敏感，在制造过程中需要使 用单色光传感器对偏振片进行检测，其工艺比较复杂，较难控制。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种简单的宽波段光屏蔽薄膜材料的制作方法，原料简单 易得，工艺简单，成本较低。
[0006] 用紫外分步聚合制备宽波段光屏蔽薄膜材料的方法，其具体制备工艺为：
[0007] 步骤1 :将向列相液晶、手性化合物、紫外自由基可聚合单体、紫外自由基光引发 剂、紫外阳离子可聚合单体和紫外阳离子光引发剂按照一定质量比混合均匀，其中向列相 液晶的重量百分比为：40~90% ;手性化合物的重量百分比为：1~10% ;紫外自由基可 聚合单体的重量百分比为：1~20% ;紫外自由基光引发剂的重量百分比为：0. 1~10% ; 紫外阳离子可聚合单体的重量百分比为：1~30% ;紫外阳离子光引发剂的重量百分比的 0. 1~10%，将混合物加热至各向同性态，用振荡器振荡多次，混合均匀，降溫发生各向同 性态-胆酱相的转变，即制得混配的胆酱相液晶复合体系，操作过程中避光。
[0008] 步骤2 :将步骤1混配的胆酱相液晶复合体系灌入到预先经过平面取向处理的液 晶盒中，液晶盒的厚度为10~100ym;对处理后的液晶盒首先在0~40°C的溫度范围内， 采用波长为365皿的紫外光福照5~lOOmin，紫外光福照度为0. 1~lOOmW/cm2,使紫外自 由基可聚合单体发生聚合，固定30~50%范围的的小螺距（0~40°C的螺距范围0. 1~ 1. 0ym)，然后用热台对复合体系加热，在40~100°C的另一溫度范围内，采用波长为254皿 的紫外光福照5~lOOmin，紫外光福照度为0. 1~lOOmW/cm2,使紫外阳离子可聚合单体发 生聚合，固定50~70%范围的大螺距（40~100°C的螺距范围1. 0~3. 0ym)。
[0009] 步骤3 :通过对胆酱相液晶中的手性化合物浓度进行调节，能够制备出对应于可 反射可见光区光波段的或者反射近红外区光波段的胆酱相混合体系，再进行紫外光福照， 使紫外光可聚合单体分步聚合，紫外光福照度为0. 1~lOOmW/cm2。
[0010] 进一步，所述手性化合物包括联二糞酪、4' -(2-甲基下基）-4-联苯氯、异山梨醇 及其衍生物中的一种，其螺旋扭曲力随着溫度的增加而减小，混配的胆酱相液晶复合体系 的螺距随着溫度的增加而增加。
[0011] 进一步，所述紫外自由基可聚合单体为丙締酸醋类、甲基丙締酸醋类、苯乙締基 类、二乙酷基类中的一种或者几种，活性官能团数量为1~5个。
[0012] 进一步，所述紫外自由基光引发剂为安息香双甲酸IRG651。
[0013] 进一步，紫外阳离子可聚合单体为柔性链环氧类树脂或者刚性链环氧类树脂中的 一种或者几种，且活性官能团数量为1~5个。
[0014] 进一步，紫外阳离子光引发剂为双（4-叔下基苯）舰六氣憐酸盐。
[0015] 进一步，所述液晶盒的内表面经过平面取向处理，平面取向处理为摩擦法、真空锻 膜法或化学法。
[0016] 本发明的优点在于：可W实现热、光外场精确调控的宽波段光屏蔽薄膜材料，该种 薄膜材料所使用的材料来源丰富，制作工艺简单，容易实现规模化生产。并且该薄膜材料可 W根据实际需要，通过改变手性化合物的浓度，来调节反射中屯、的位置，制备应用于液晶显 示器的光增亮膜（反射可见光区域）或者应用于节能环保建筑口窗玻璃贴膜或者涂料（反 射近红外光区域）或者军事领域的红外隐身屏蔽材料（反射中红外光区域）。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明实施例1中样品在15°C下测试的液晶薄膜材料的透射光谱图，曲线 1是样品1聚合前的透射光谱图；曲线2是样品1聚合后的透射光谱图，聚合条件为：15°C， 365nm，2mW/cm2福照10分钟，然后60°C，254nm，2mW/cm2福照10分钟；曲线3是样品1聚合 后的透射光谱图，聚合条件为：15°C，365nm，2mW/cm2福照10分钟，然后60°C，254nm，2mW/cm2 福照20分钟；曲线4是样品I聚合后的透射光谱图，聚合条件为：15°C，365皿，2mW/cm2福 照10分钟，然后60°C，254nm，2mW/cm2福照30分钟。
[001引图2是本发明实施例2中样品在15°C下测试的液晶薄膜材料的透射光谱图，曲线 5是样品2聚合前的透射光谱图；曲线6是样品2聚合后的透射光谱图，聚合条件为：15°C， 365nm，2mW/cm2福照10分钟，然后60°C，254nm，2mW/cm2福照10分钟；曲线7是样品2聚合 后的透射光谱图，聚合条件为：15°C，365皿，4mW/cm2福照10分钟，然后60°C，254皿，4mW/cm2 福照10分钟；曲线8是样品2聚合后的透射光谱图，聚合条件为：15°C，365皿，6mW/cm2福 照10分钟，然后60°C，254nm，6mW/cm2福照10分钟。
[0019] 图3是本发明实施例1中制备的薄膜材料形成的高分子网络的断面扫描电镜照 片，从图中可W看出，螺距呈非均匀分布。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
[0021] 用紫外分步聚合制备宽波段光屏蔽薄膜材料的方法，其具体制备工艺为： 阳0巧步骤1 :将向列相液晶、手性化合物、紫外自由基可聚合单体、紫外自由基光引发 剂、紫外阳离子可聚合单体和紫外阳离子光引发剂按照一定质量比混配，其中向列相液晶 的重量百分比为：40~90% ;手性化合物的重量百分比为：1~10% ;紫外自由基可聚合 单体的重量百分比为：1~20% ;紫外自由基光引发剂的重量百分比为：0. 1~10% ;紫 外阳离子可聚合单体的重量百分比为：1~30% ;紫外阳离子光引发剂的重量百分比的 0. 1~10%。将混合物加热至各向同性态，用振荡器振荡多次，混合均匀，降溫发生各向同 性态-胆酱相的转变，即制得混配的胆酱相液晶复合体系，操作过程中避光。
[0023] 步骤2 :将上述混配的N*相液晶复合体系灌入到预先经过平面取向处理的液晶 盒中，液晶盒的厚度为10~IOOym，之后对液晶盒在0~40°C的溫度范围内，采用波长为 365皿的紫外光福照5~lOOmin，紫外光福照度为0. 1~lOOmW/cm2,使紫外自由基可聚合单 体发生聚合，固定30~50%范围的的小螺距，然后用热台对复合体系加热，在40~100°C 的另一溫度范围内，采用波长为254皿的紫外光福照5~lOOmin，紫外光福照度为0. 1~ lOOmW/cm2,使紫外阳离子可聚合单体发生聚合，固定50~70%范围的大螺距。
[0024] 步骤3 :通过对胆酱相液晶中的手性化合物浓度进行调节，能够制备出对应于可 反射可见光区光波段的或者反射近红外区光波段的N*相液晶混合体系，再进行紫外光 福照，使紫外光可聚合单体聚合，紫外光福照时间为5~lOOmin，紫外光福照度为0. 1~ lOOmW/cm^o
[00巧]进一步，所述手性化合物包括联二糞酪、4' -(2-甲基下基）-4-联苯氯、异山梨醇 及其衍生物中的一种，其螺旋扭曲力随着溫度的增加而减小。
[00%] 进一步，所述紫外自由基可聚合单体为丙締酸醋类、甲基丙締酸醋类、苯乙締基 类、二乙酷基类中的一种或者几种，活性官能团数量