一种聚合物分散液晶的应用的制作方法

本发明涉及热致变色领域。

背景技术：

智能温控材料是一种按照人们生活和生产需求调控入射光线强度和能量的智能材料。温度较低时，材料为高透光态，保证室内采光和保温；温度较高时，材料呈现强光散射态，屏蔽光线和辐射。现有的热致变色聚合物制备方法复杂，且温控膜转变温度不可调。液晶材料由于其优异的外场响应特性，在智能材料领域有着广阔的发展前景。在当今能源短缺的情况下，研发基于液晶体系的温控智能节能材料意义重大。聚合物分散液晶(polymerdispersedliquidcrystal，pdlc)是一种将液晶分子以微滴状态分散在聚合物基体中的复合材料。液晶和聚合物的折射率差异导致薄膜可在透光/散射状态下自由切换。

技术实现要素：

本发明是要解决现有的热致变色聚合物制备方法复杂，且温控膜转变温度不可调的技术问题，而提供一种聚合物分散液晶的应用。

本发明的聚合物分散液晶作为一种热致变色薄膜粘贴于建筑的窗户玻璃上；

所述的聚合物分散液晶的制备方法是按以下步骤进行的：

一、将液晶性紫外光可聚合单体加入到向列相液晶中，得到混合物，混合物在50℃～100℃的油浴锅中加热2h～3h，形成均相溶液；所述的混合物中液晶性紫外光可聚合单体所占的质量分数为1％～50％；

二、向步骤一的均相溶液中加入光引发剂，然后在20℃～40℃的恒温水浴中超声20min～100min，加入玻璃微珠，得到超声后的混合物；所述的光引发剂的质量是步骤一的均相溶液质量的0.1％～10％；所述的玻璃微珠的质量是步骤一的均相溶液质量的5％～6％；

三、用覆膜机将步骤二中超声后的混合物封装到两片平行摩擦取向的pet薄膜经过摩擦后的表面之间，得到封装后的薄膜；

四、将步骤三制备的封装后的薄膜放置在紫外灯下进行常温固化，距光源10cm～20cm，固化时间1min～10h，固化完成得到热致变色聚合物分散液晶薄膜。

本发明制备的热致变色聚合物分散液晶薄膜的热敏特性表现为低温下呈透明态，高温下呈现不透明态——温度较低时，液晶与聚合物取向一致，表现出均一的折射率，入射光具有较大透过率；温度升高时，部分不受聚合物网络结构限制的液晶分子对热响应，排列混乱，液晶分子的光轴散乱分布，折射率的差异导致透光率降低，呈强光散射状(如图6和7所示)。

本发明采用聚合诱导相分离技术制备pdlc：将向列相液晶、液晶性紫外光可聚合单体和光引发剂以一定的比例混合，混匀后用覆膜机将混合物封装到两片平行摩擦取向的pet薄膜经过摩擦后的表面之间，然后进行紫外光固化，得到热致变色聚合物分散液晶薄膜。

本发明效果：

本发明提供一种聚合物分散液晶的应用，将热致变色聚合物分散液晶薄膜粘贴于建筑的窗户玻璃上，可以根据室内温度自行调节透过的光线，温度较高时薄膜为不透明态，减少太阳光的辐照，降低室内温度；温度较低时薄膜恢复透明态，允许光线进入，提升室内温度。本发明的热致变色调光膜具有对温度变化敏感、自动响应调控的特点，大幅度减少能源消耗。

本发明中由于采用的液晶性紫外光可聚合单体中含有与液晶类似的基团，在聚合物单体的固化过程中，聚合物单体同液晶一起取向，沿平行摩擦过的pet薄膜的摩擦方向排列，表现为均一的折射率，因此造成入射光较大的透过率。在温度升高后，部分不受聚合物网络结构限制的液晶分子对热响应，排列混乱，液晶分子的光轴散乱分布，折射率的差异导致透光率降低，呈强光散射状。

本发明可以通过改变原材料的结构和比例来改变聚合物分散液晶的结构和形貌等，形成具有不同变色效果的pdlc薄膜，有效控制转变温度，克服传统温控膜转变温度不可调的缺点，且制备工艺简单，可以大尺寸、批量化生产。

本发明制备的热致变色聚合物分散液晶薄膜的透光率-电压曲线中最大透过率为84.4％，最小透过率为8.8％。

附图说明

图1是试验一制备的热致变色聚合物分散液晶放大4倍的偏光显微镜图像；

图2是试验一制备热致变色聚合物分散液晶放大10倍的偏光显微镜图像；

图3是试验二制备的热致变色聚合物分散液晶加热到25℃时的实物照片；

图4是试验二制备的热致变色聚合物分散液晶加热到35℃时的实物照片；

图5是试验三的透光率-温度曲线；

图6是本发明的热致变色聚合物分散液晶的热致变色响应在温度较低时的原理图，1为聚合物，2为液晶，3为光线；

图7是本发明的热致变色聚合物分散液晶的热致变色响应在温度较高时的原理图，1为聚合物，2为液晶，3为光线；

图8是具体实施方式八制备的平行摩擦取向的pet薄膜的示意图，4为pet薄膜，4-1为摩擦后形成的沟。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式为一种聚合物分散液晶的应用，具体是作为一种热致变色薄膜粘贴于建筑的窗户玻璃上；

所述的聚合物分散液晶的制备方法是按以下步骤进行的：

一、将液晶性紫外光可聚合单体加入到向列相液晶中，得到混合物，混合物在50℃～100℃的油浴锅中加热2h～3h，形成均相溶液；所述的混合物中液晶性紫外光可聚合单体所占的质量分数为1％～50％；

二、向步骤一的均相溶液中加入光引发剂，然后在20℃～40℃的恒温水浴中超声20min～100min，加入玻璃微珠，得到超声后的混合物；所述的光引发剂的质量是步骤一的均相溶液质量的0.1％～10％；所述的玻璃微珠的质量是步骤一的均相溶液质量的5％～6％；

三、用覆膜机将步骤二中超声后的混合物封装到两片平行摩擦取向的pet薄膜经过摩擦后的表面之间，得到封装后的薄膜；

四、将步骤三制备的封装后的薄膜放置在紫外灯下进行常温固化，距光源10cm～20cm，固化时间1min～10h，固化完成得到热致变色聚合物分散液晶薄膜。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的液晶性紫外光可聚合单体为4′-(4-氰基苯基)苯氧基丁基-甲基丙烯酸酯、1,4-双[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯或1,4-双-[4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯。

4′-(4-氰基苯基)苯氧基丁基-甲基丙烯酸酯的结构式为

1,4-双[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯的结构式为

1,4-双-[4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯的结构式为

其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的混合物中液晶性紫外光可聚合单体所占的质量分数为9％～14％。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的光引发剂为安息香双甲醚或1-羟基环己基苯基甲酮。其他与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤二中所述的光引发剂的质量是步骤一的均相溶液质量的3％～8％。其他与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述的玻璃微珠的粒径为7.5μm～20μm。其他与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤四中所述的紫外灯的波长为365nm，功率密度为1μw/cm²～5mw/cm²。其他与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中所述的平行摩擦取向的pet薄膜的制备方法为：用匀胶旋涂机将聚酰亚胺溶液均匀涂覆到pet薄膜4的一个表面上，设定旋涂机的旋涂转速为4500rpm，时间为30s。旋涂结束后，将涂覆有聚酰亚胺溶液的pet薄膜4置于真空烘箱中高温230℃中保温30min固化成膜。然后用毛毡布在pet薄膜4涂覆有聚酰亚胺的表面上沿着多个互相平行的直线上进行摩擦形成多个沟4-1，每个沟4-1摩擦30次，得到平行摩擦取向的pet薄膜4(如图8所示)；所述的聚酰亚胺溶液的质量分数为20％，且溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。其他与具体实施方式一至七之一相同。

用以下试验对本发明进行验证：

试验一：本试验为一种聚合物分散液晶的制备方法，具体是按以下步骤进行的：

一、将液晶性紫外光可聚合单体加入到向列相液晶中，得到混合物，混合物在100℃的油浴锅中加热2h，形成均相溶液；所述的液晶性紫外光可聚合单体与向列相液晶的质量比为1:6；所述的向列相液晶为4-羟基-4′-氰基联苯；

二、向步骤一的均相溶液中加入光引发剂，然后在40℃的恒温水浴中超声60min，加入玻璃微珠，得到超声后的混合物；所述的光引发剂的质量是步骤一的均相溶液质量的3％；所述的玻璃微珠的质量是步骤一的均相溶液质量的5％；

三、用覆膜机将步骤二中超声后的混合物封装到两片平行摩擦取向的pet薄膜经过摩擦后的表面之间，得到封装后的薄膜；

四、将步骤三制备的封装后的薄膜放置在紫外灯下进行常温固化，距光源10cm，固化时间1h，固化完成得到热致变色聚合物分散液晶薄膜；

步骤一中所述的液晶性紫外光可聚合单体为4′-(4-氰基苯基)苯氧基丁基-甲基丙烯酸酯；

步骤二中所述的光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮；

步骤四中所述的紫外灯的波长为365nm，功率密度为2.4mw/cm²。

图1是试验一制备的热致变色聚合物分散液晶薄膜放大4倍的偏光显微镜图像，图2是试验一制备的热致变色聚合物分散液晶薄膜放大10倍的偏光显微镜图像，图中黑色的圆形孔为液晶微滴，说明液晶分子均匀地分散在聚合物网络中。

试验二：本试验为一种聚合物分散液晶的制备方法，具体是按以下步骤进行的：

一、将液晶性紫外光可聚合单体加入到向列相液晶中，得到混合物，混合物在90℃的油浴锅中加热2h，形成均相溶液；所述的液晶性紫外光可聚合单体与向列相液晶的质量比为1:4；所述的向列相液晶为4-羟基-4′-氰基联苯；

二、向步骤一的均相溶液中加入光引发剂，然后在40℃的恒温水浴中超声60min，加入玻璃微珠，得到超声后的混合物；所述的光引发剂的质量是步骤一的均相溶液质量的3％；所述的玻璃微珠的质量是步骤一的均相溶液质量的5％；

三、用覆膜机将步骤二中超声后的混合物封装到两片平行摩擦取向的pet薄膜经过摩擦后的表面之间，得到封装后的薄膜；

四、将步骤三制备的封装后的薄膜放置在紫外灯下进行常温固化，距光源10cm，固化时间20min，固化完成得到热致变色聚合物分散液晶薄膜；

步骤一中所述的液晶性紫外光可聚合单体为1,4-双[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯；

步骤二中所述的光引发剂为安息香双甲醚；步骤四中所述的紫外灯的波长为365nm，功率密度为5mw/cm²。

图3是试验二制备的热致变色聚合物分散液晶薄膜加热到25℃时的实物照片，图4是试验二制备的热致变色聚合物分散液晶薄膜加热到35℃时的实物照片，从图中可以看出热致变色聚合物分散液晶薄膜的透光率在不同的温度对比度很高。

试验三：本试验为试验二制备的热致变色聚合物分散液晶薄膜的一种应用，具体是作为一种热致变色薄膜粘贴于建筑的窗户玻璃上；

对试验三粘贴热致变色薄膜后的窗户玻璃进行透光率-温度测试，图5是其透光率-温度曲线，利用紫外-可见光分度计测定薄膜对632nm波长可见光的透过率，每隔1℃测定一次，得到的曲线如图5所示，从图中可以看出最大透过率为84.4％，最小透过率为8.8％。

试验四：本试验为一种聚合物分散液晶的制备方法，具体是按以下步骤进行的：

一、将液晶性紫外光可聚合单体加入到向列相液晶中，得到混合物，混合物在90℃的油浴锅中加热2h，形成均相溶液；所述的液晶性紫外光可聚合单体与向列相液晶的质量比为1:10；所述的向列相液晶为4-羟基-4′-氰基联苯；

二、向步骤一的均相溶液中加入光引发剂，然后在40℃的恒温水浴中超声60min，加入玻璃微珠，得到超声后的混合物；所述的光引发剂的质量是步骤一的均相溶液质量的2％；所述的玻璃微珠的质量是步骤一的均相溶液质量的5％；

三、用覆膜机将步骤二中超声后的混合物封装到两片平行摩擦取向的pet薄膜经过摩擦后的表面之间，得到封装后的薄膜；

四、将步骤三制备的封装后的薄膜放置在紫外灯下进行常温固化，距光源10cm，固化时间2h，固化完成得到热致变色聚合物分散液晶；

步骤一中所述的液晶性紫外光可聚合单体为1,4-双-[4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯；

步骤二中所述的光引发剂为安息香双甲醚；

步骤四中所述的紫外灯的波长为365nm，功率密度为1.5mw/cm²。