一種環氧樹脂基聚合物分散液晶薄膜材料的製備方法
2023-12-09 07:55:46 1
專利名稱：一種環氧樹脂基聚合物分散液晶薄膜材料的製備方法
技術領域：
本發明屬於液晶材料應用領域，涉及一種PDLC薄膜材料的製備方法，具體涉及一種環氧樹脂基聚合物分散液晶薄膜材料的製備方法。
背景技術：
聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal: PDLC)是一種電光薄膜材料。PDLC薄膜是通過某種物理化學方法使液晶從與預聚物混合而成 的混合物中析出，以微米量級尺寸微滴的形式分布在固態透明的聚合物基體中。在兩塊鍍有氧化銦錫 (Indium-tin oxide, IT0)導電層的基片之間是一定厚度的PDLC薄膜，液晶微滴隨機分布在聚合物網絡中，並呈現出一定的自組織構型。每一液晶微粒的光軸處於擇優取向，而不同微粒的光軸呈隨機取向狀態，由於其折射率各向異性，因此其有效折射率不與基體的折射率相匹配，對外來入射光呈散射態而不透明或半透明。液晶分子擁有很強的光學各向異性和介電各向異性，在外部電壓的控制下，此種材料具備顯著的電光特性。PDLC薄膜材料具有良好的電光特性，高敏感性、寬動態範圍和高解析度，相對較快的響應時間，且能廉價地做成各種形狀、各種厚度的薄膜，已經用於大面積顯示器和高清晰的顯示屏等，並且在投影電視方面有著廣闊的應用前景。PDLC薄膜材料也可以用作智能玻璃。這裡的智能玻璃不是建築學上的「玻璃體系技術」，而是一種可以自動調節光透射率的玻璃，從而有效的調節室溫，減少空調的負荷，以達到保護環境和節省能源的目的。雖然PDLC薄膜材料有著廣闊的應用前景，但由於液晶與聚合物之間的相互作用以及製備條件等方面的原因，存在對比度差、響應時間長以及力學性能不佳等缺點，在應用方面受到了一定的限制。目前國內外對PDLC薄膜材料的研究主要著眼於縮短PDLC薄膜材料響應時間、降低驅動電壓和提高對比度等方面。一般情況下，顯示技術一般要求的響應時間小於20 ms，對比度大於25:1。調光玻璃用PDLC薄膜的驅動電壓一般在70-100 V，一般開態平行光透過率在75%以上、關態在20%以下。而國外所製備的智能玻璃，為了達到所需要的高對比度(一般大於30 :1)，驅動閾值電壓均很高(一般不小於50 V)。從實際應用方面來看，PDLC薄膜生產成本過高也是限制其產業化發展的一個因素。降低液晶含量是減低生產成本的直接方法。一方面，液晶的價格比較昂貴。另一方面， 液晶含量減少使得聚合物單體含量相對增加，從而提高PDLC薄膜的粘結性能，便於其工業加工。但是液晶含量是影響PDLC薄膜的電光性能的主要因素，液晶含量較少會降低PDLC 薄膜的電光性能，所以目前工業生產PDLC薄膜的液晶含量在70-80 wt%0由此可見，在降低生產成本同時保持PDLC薄膜的優良的綜合性能方面，還有許多工作要做。開發具有優異電光性能的PDLC薄膜材料，特別是在保持較高對比度和較低驅動電壓的同時能大幅度降低生產的成本始終是PDLC薄膜材料研究的焦點問題。在工業生產中，提高PDLC薄膜的粘結力也是研究的一個重點。一般聚合物網絡/液晶複合材料的固化膜較脆，導致PDLC薄膜的韌性較差，聚合物網絡與鍍有氧化銦錫 (ITO)的導電塑料薄膜之間結合不夠緊密，這給大規模的生產帶來了很大困難，嚴重降低了產品的成品率，也影響了產品的經濟效益。環氧樹脂本身具有化學穩定性好、粘結力強、耐酸、耐鹼及耐候性優良等優點，使得其製備出的PDLC薄膜有較強粘結力。此外，增加聚合物網絡的交聯密度可以提高聚合物的粘結力，同時降低液晶含量也有利於提高聚合物網絡與 ITO薄膜之間的界面結合力，並且可以降低PDLC薄膜的成本。
發明內容
本發明的目的在於提供 一種PDLC薄膜材料的製備方法，具體的說是一種環氧樹脂基聚合物分散液晶薄膜材料的製備方法，改善PDLC薄膜材料的電光性能，製備出高對比度、粘結力好、低液晶含量的PDLC薄膜。本發明的方法，通過採用不同官能度脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂做為熱聚合單體，製備性能優良的PDLC薄膜。一種環氧樹脂基聚合物分散液晶薄膜材料的製備方法，本發明採用熱聚合相分離的方法製備PDLC薄膜，包括以下步驟將液晶、熱聚合單體、固化劑和玻璃微珠均勻混合後夾在兩片鍍有ITO的導電塑料薄膜中間，形成20微米至30微米厚的膜層，在溫度為70-80°C進行熱固化6-8小時，製備PDLC薄膜。所述加入的液晶的含量佔總質量的40%，固化劑的含量佔熱聚合單體質量的20-30%，玻璃微珠的含量佔總質量的 0. 1-0. 5%，用來控制PDLC薄膜的厚度。所述使用的基體材料為熱聚合單體是不同官能度的脂肪族縮水甘油醚環氧樹月旨，固化劑是多元胺，液晶是向列相液晶。本發明所述的熱聚合單體是脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂，是由兩個或兩個以上的環氧基和脂肪鏈直接連接而成，單體的特徵為環氧基賦予樹脂反應活性，使得樹脂固化物具有很強的內聚力和粘結力。環氧基官能度高的脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂有助於提高聚合物基體的交聯密度。因此適量使用多官能度的環氧樹脂製備的PDLC薄膜，可以增加聚合物網絡的交聯密度，減小網孔的大小，使得PDLC薄膜的關態透過率減小，有效改善PDLC薄膜的對比度。此外交聯密度的增加提高了聚合物網絡內部以及聚合物網絡和ITO薄膜之間的粘結力，提高了 PDLC薄膜的剝離強度。在低液晶含量下，雙官能度的環氧樹脂製備的PDLC薄膜，其形成聚合物網孔較大，關態透過率較高使得對比度變差，交聯密度的降低減小了 PDLC薄膜的粘結性能。多官能度的脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂是由兩個以上的環氧基和脂肪鏈直接連接而成的，官能度高的環氧樹脂可以增加聚合物基體的交聯密度。本發明使用的脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂具有以上特性，按一定比例加入雙官能度、多官能度的熱聚合單體可以改善聚合物網孔的大小，並且多官能度單體的加入可以提高聚合物基體的交聯密度，降低關態透過率進而增加PDLC薄膜的對比度，並且提高了粘結性能。彌補了液晶含量較低對PDLC薄膜電光性能帶的一些弊端。本發明的關鍵是確定選用熱聚合單體的類型，並且控制熱聚合單體和固化劑的配比。本發明的優點在於在低液晶含量下，使用不同官能度的脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂作為熱聚合單體製備PDLC薄膜。適量加入多官能度的環氧樹脂可以改善PDLC薄膜的電光性能，增加聚合物的交聯密度，調節聚合物的網眼大小，減小關態透過率，進而改善PDLC薄膜的電光性能。此外，多官能度環氧樹脂的加入增強PDLC薄膜的剝離強度，改善其粘結性能。
圖1為實施例1製備的PDLC薄膜的掃描電鏡圖片。圖2為實施例2製備的PDLC薄膜的掃描電鏡圖片。圖3為實施例3製備的PDLC薄膜的掃描電鏡圖片。圖4為所有實施例製備的PDLC薄膜的電光性能的變化曲線。圖5為所有實施例製備的PDLC薄膜的剝離強度的變化曲線。
具體實施例方式實施例1
選用的熱聚合單體是脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂——聚乙二醇二縮水甘油醚EGDE (安徽恆遠化工有限責任公司)，液晶SLC1717 (石家莊永生華清液晶有限公司)，固化劑1， 8_ 二氨基 _3，6-二氧雜辛烷 EDBEA (Alfa Aesar)，玻璃微珠(SP-200，Sekisui chemical Co. LTD. )。E⑶E/固化劑/液晶按質量比為48. 0/12. 0/40. 0，將熱聚合單體、液晶、固化劑混合物均勻夾在兩層鍍有ITO的導電塑料薄膜中間，在乾燥箱中恆溫70°C固化8小時後得到所要製備的PDLC薄膜。圖1為實施例1製備的PDLC薄膜的掃描電鏡圖片。 實施例2
選用的熱聚合單體是脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂——聚乙二醇二縮水甘油醚EGDE、 三羥甲基丙烷三縮水甘油醚TMPTGE (南京康滿林化工實業公司)，液晶SLC1717，固化劑1， 8_ 二氨基 _3，6-二氧雜辛烷 EDBEA (Alfa Aesar)，玻璃微珠(SP-200，Sekisui chemical Co. LTD. )。E⑶E/TMPTGE/固化劑/液晶按質量比為20. 0/25. 0/15. 0/40. 0混合均勻。將熱聚合單體、液晶、固化劑混合物均勻夾在兩層鍍有ITO的導電塑料薄膜中間，在乾燥箱中恆溫80°C固化6小時後得到所要製備的PDLC薄膜。圖2為實施例2製備的PDLC薄膜的掃描電鏡圖片。
實施例3
選用的熱聚合單體是脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂——聚乙二醇二縮水甘油醚EGDE、季戊四醇縮水甘油醚PERTGE (睿鷹製藥有限公司)，液晶SLC1717，固化劑1，8-二氨基-3， 6-二氧雜辛燒 EDBEA (Alfa Aesar)，玻璃微珠(SP-200，Sekisui chemical Co. LTD. )0 E⑶E/PERTGE/固化劑/液晶按質量比為25. 0/17. 0/18. 0/40. 0混合均勻。將熱聚合單體、 液晶、固化劑混合物均勻夾在兩層鍍有ITO的導電塑料薄膜中間，在乾燥箱中恆溫80°C固化6小時後得到所要製備的PDLC薄膜。圖3為實施例3製備的PDLC薄膜的掃描電鏡圖片。
圖4為所有實施例製備的PDLC薄膜的電光性能的變化曲線，其中曲線1為實施例1製備的PDLC薄膜的電光性能曲線；曲線2為實施例2製備的PDLC薄膜的電光性能曲線；曲線 3為實施例3製備的PDLC薄膜的電光性能曲線；曲線4為實施例4製備的PDLC薄膜的電光性能曲線。圖5為所有實施例製備的PDLC薄膜的剝離強度的變化曲線，實驗結果表明 在同等的制膜條件下，適量加入多官能度的環氧樹脂，其所製備的PDLC薄膜可以得到優良的聚合物網絡微觀形貌 ，降低關態透過率，提高對比度，改善PDLC薄膜的電光性能，同時加強PDLC薄膜的剝離強度力，改善其粘結性能。
權利要求
1.一種環氧樹脂基聚合物分散液晶薄膜材料的製備方法，其特徵在於，所述方法如下將液晶、熱聚合單體、固化劑和玻璃微珠均勻混合後夾在兩片鍍有氧化銦錫的導電薄膜中間，用輥軸壓勻，形成20微米至30微米厚的膜層，在溫度為70-80°C進行熱固化6-8 小時，製備聚物分散液晶薄膜；所述加入的材料以及比例分別是液晶的含量佔總質量的 40%,固化劑的含量佔熱聚合單體質量的20-30%，玻璃微珠的含量佔總質量的0. 1-0. 5%，用來控制聚合物分散液晶薄膜的厚度。
2.根據權利要求1所述的環氧樹脂基聚合物分散液晶薄膜材料的製備方法，其特徵在於所述熱聚合單體為不同官能度的脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂；固化劑是多元胺，液晶是向列相液晶。
全文摘要
本發明屬於液晶材料應用領域，具體涉及一種環氧樹脂基聚合物分散液晶薄膜材料的製備方法。本發明將液晶、熱聚合單體、固化劑和玻璃微珠均勻混合後夾在兩片鍍有氧化銦錫的導電薄膜中間，用輥軸壓勻，形成20微米至30微米厚的膜層，其中液晶的含量佔總質量的40%，固化劑的含量佔熱聚合單體質量的20-30%,玻璃微珠的含量佔總質量的0.1-0.5%，在溫度為70-80℃進行熱固化6-8小時，製備聚合物分散液晶薄膜。本發明增加了聚合物的交聯密度，使得聚合物的網眼減小，降低開態透過率，從而提高對比度，改善聚合物分散液晶薄膜的電光性能。此外該發明減少了液晶的含量，使得製備成本大大降低。
文檔編號C09J163/00GK102321233SQ20111017217
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月23日 優先權日2011年6月23日
發明者劉芳, 宋平, 張婷婷, 張翠紅, 曹暉, 楊槐, 趙秀婷, 鹿島美紀 申請人:北京科技大學