CN101430449B

CN101430449B - 聚合物分散液晶压光效应膜及其制造方法和应用

Info

Publication number: CN101430449B
Application number: CN2008101541771A
Authority: CN
Inventors: 范志新; 张志东; 解一军
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: CN101430449A

Abstract

本发明涉及一种聚合物分散液晶压光效应膜，它包括两张柔性透明导电薄膜，一层聚合物分散液晶层，聚合物分散液晶层夹在两张柔性透明导电薄膜之间，两张导电薄膜上刻蚀有电极；聚合物分散液晶层是由可聚合单体、链转移剂和光引发剂组成的预聚物、向列相液晶材料及衬垫材料按照预聚物与向列相液晶的质量比为1∶1-3的比例制成。本发明制备出的弹性体膜实现即能通过施加电场使膜有散射或者透光性能，也能通过施加压力使膜有散射或者透光性能，进而获得更为奇特的调光功能薄膜，可以在光纤压力传感器，压力触点光阀以及智能触摸窗等领域得到特殊的应用。

Description

聚合物分散液晶压光效应膜及其制造方法和应用

技术领域

本发明涉及一种聚合物分散液晶压光效应膜，制备出弹性体膜实现即能通过施加电场使膜有散射或者透光性能，也能通过施加压力使膜有散射或者透光性能，进而获得更为奇特的调光功能薄膜，可以在光纤压力传感器，压力触点光阀以及智能触摸窗等领域得到特殊的应用。

背景技术

聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal，简称PDLC)是把聚合物与向列相(nematic)液晶及衬垫料以某个比例混合起来，夹在两片柔性透明导电薄膜之间，经过相分离，液晶从聚合物中析出形成微滴，聚合物固化把液晶微滴包裹在其中的一种复合膜。不加电场时，由于聚合物的折射率与液晶材料折射率不匹配，造成光散射，复合膜对光是关态；当施加电场后，聚合物折射率与液晶材料折射率相匹配，造成光透射，复合膜对光是开态。PDLC膜是20世纪80年代发明的高科技产品，在调光玻璃，大屏幕显示，全息光栅等许多领域具有应用价值，现在也还是液晶器件研究者关注的课题。

压电效应是众所周知的物理现象实用技术，依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。光纤传感器是现代传感技术的应用广泛的先进技术。胆甾相液晶在压力作用下螺距会变化引起布拉格反射光颜色变化，人们称之为压光效应。PDLC膜除具有奇特的电光特性外，还有拉伸或者剪切应力引起透光效应方面的应用研究报道，但是还没有压力引起透光效应，即压光效应的报道。本发明基于对PDLC具有压光效应的最新研究最新实验现象的认识，PDLC与压力作用下的透光现象结合起来，为设计新产品提供方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物分散液晶压光效应膜，采用高弹性聚合物，用简单的设计方案依靠压力变化实现PDLC散射与透光两种状态，进而获得一种PDLC的新方案，可以在建筑装修与珠宝柜台等领域得到特殊的应用，成为功能玻璃的新技术，新品种，新应用，为设计新的功能玻璃工作原理提供参考。特别是可以应用于光纤压力传感器，压力触点光阀以及智能触摸窗的应用制造。

本发明提供的一种聚合物分散液晶压光效应膜，包括两张柔性透明导电薄膜，一层聚合物分散液晶层，聚合物分散液晶层夹在两张柔性透明导电薄膜之间，两张导电薄膜上刻蚀有电极；聚合物分散液晶层是由预聚物、向列相液晶材料及衬垫材料制成。具体制备步骤为：在常温下将预聚物、向列相液晶材料及衬垫材料混合后转印到两张柔性透明导电膜之间，挤压成复合膜，紫外光照射，使液晶从聚合物中析出，形成液晶微滴，两张柔性透明导电膜加工出电极引线，并在电极间施加直流电场，对聚合物分散液晶压光效应膜的垂直表面方向施加压力。

预聚物与向列相液晶的质量比为1∶1-3，预聚物包括可聚合单体、链转移剂和光引发剂。所述的衬垫材料微球直径尺寸6-30μm，在聚合物分散液晶层中含量为10-30个/mm²。

所述的聚合物分散液晶层中聚合物的折射率为n_p，液晶材料寻常光折射率为n_o，液晶非常光折射率为n_e；三个折射率之间关系为n_p＝(n_o+n_e)/2，n_p取值1.5-1.65，n_o取值1.45-1.55，n_e取值1.55-1.75。

所述的预聚物原料的质量组成：可聚合单体丙氧基壬苯基丙烯酸酯15-25％，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯65-75％，链转移剂癸二酸3-5％，光引发剂1173为3-5％。

所述的透明胶片可以是透明导电薄膜，也可以是普通不导电的透明胶片。

所述的聚合物分散液晶压光效应膜，施加电压时，液晶微滴中液晶分子指向电场方向，液晶微滴呈现为各向异性单轴晶体，PDLC膜处于透明开态。去掉电场液晶微滴中液晶分子指向矢散乱分布，即不是各向异性的单轴晶体，也不是各向同性的透明液体，而是浑浊液体，PDLC膜处于散射关态。

所述的聚合物分散液晶压光效应膜，垂直表面方向施加压力时，液晶微滴中液晶分子将沿薄膜表面排列，液晶微滴又呈现为各向异性单轴晶体，PDLC膜也能处于透明开态。

聚合物分散液晶压光效应膜的制造方法适用PDLC制造技术，是采用紫外光固化相分离技术。

本发明提供的聚合物分散液晶压光效应膜的制造方法包括的步骤：

1)在常温下按计量将预聚物的可聚合单体、链转移剂和光引发剂与向列相液晶材料及衬垫料充分搅拌均匀混合；

2)把混合好的预聚物与向列相液晶及衬垫料转印到两张柔性透明导电膜之间；

3)用压合机把印刷了预聚物与液晶混合物的两张柔性透明导电膜挤压成复合膜；

4)用中等强度(约25mW)紫外光照射1-3分钟对复合膜进行相分离，使液晶从聚合物中充分析出，形成约2-4微米直径尺寸的液晶微滴。

5)对两张柔性透明导电膜加工出电极引线，在电极间施加直流电场(如25伏)，使复合膜(聚合物分散液晶压光效应膜)呈现透明开态；

6)去掉电场，聚合物分散液晶压光效应膜呈现散射关态；

7)对聚合物分散液晶压光效应膜在垂直表面方向施加压力约10⁵Pa，液晶微滴中液晶分子将沿薄膜表面排列，液晶微滴又呈现为各向异性单轴晶体，聚合物分散液晶膜处于透明开态。

本发明提供的聚合物分散液晶压光效应膜可以应用于光纤压力传感器，压力触点光阀以及智能触摸窗的应用制造。

本发明与已有技术相比，具有如下的优点：

已有的PDLC技术已经作为调光玻璃在高档建筑装修领域获得越来越多的应用，并且在大屏幕显示，全息光栅，电子纸等领域有应用前景。已有的PDLC膜由于聚合物比较坚硬，用力按压也不出现透明漏光现象，而保持在散射状态。由于本发明把聚合物做得如同胶皮一般地比较有弹性，压力作用下观察到明显的从散射膜变成透光膜现象，所以是得到了兼有电光效应和压光效应的多功能膜材料。所以本发明是PDLC新技术方案，可以是PDLC调光玻璃的触摸窗或触点光阀等新产品；可以与光纤技术结合起来，制作液芯光纤压力传感器；或者配制出低折射率PDLC，作为光纤包皮设计新型光纤压力传感器。本发明也为其他的应用提供想象空间。

附图说明：

图1为本发明的聚合物分散液晶压光效应膜结构示意图。

图2为本发明的聚合物分散液晶压光效应膜工作原理示意图。

图3为本发明的聚合物分散液晶压光效应膜制造方法示意图。

具体实施方式：

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。聚合物分散液晶压光效应膜在超净化车间里进行生产，生产设备主要包括超纯去离子水清洗机，预聚物与液晶混合搅拌机，预聚物涂布机，压合机，平台密封紫外固化机，切片机等。

本发明使用的预聚物聚合单体是丙氧基壬苯基丙烯酸酯(20％)，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(70％)，链转移剂(5％)，光引发剂1173(C₁₀H₁₂O₂，2-羟基-2-甲基-1-苯丙酮)(5％)。本发明使用的丙氧基壬苯基丙烯酸酯是美国氰特特种表面技术公司产品。本发明使用的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯是天津天骄化工产品。本发明使用的链转移剂癸二酸，由衢州化工厂生产。本发明使用的光引发剂1173是北京英力科技公司产品。所述的液晶材料是河北鹿泉新型电子材料厂酯类液晶系列产品HLC005，液晶寻常光折射率约为n_o＝1.5，液晶非常光折射率为n_e＝1.7。所述的透明胶片薄膜可以是导电膜，也可以是不导电透明胶片，为湖南三才公司透明ITO导电膜产品。所述的预聚物与向列相液晶按质量比：1∶1-3；所述的衬垫料直径是约10微米塑料微球，可以是深圳纳微科技公司的产品，塑料微球含量为10-30个/mm²。

参见图1，本发明的聚合物分散液晶压光效应膜结构示意图。柔性透明胶片101，105上面有透明导电薄层电极102，104，中间夹着聚合物分散液晶层103。聚合物分散液晶层103厚度10μm，液晶微滴106平均直径约2-4μm，聚合物折射率选择约为_np＝1.6，液晶寻常光折射率约n_o＝1.5，非常光折射率n_e＝1.7。

参见图2，在电极间施加约25伏电场，使液晶分子转向电场方向，膜呈现透明开态201。去掉电场，聚合物分散液晶压光效应膜呈现散射关态202。垂面施加压力时，液晶微滴变形，液晶分子沿面排列，液晶折射率取面平均折射率<n>＝1.6，与聚合物折射率np相匹配，呈现透光开态效果203。去掉压力恢复到散射状态202。

参见图3，本发明的聚合物分散液晶压光效应膜制造方法示意图。

A、在常温下，预聚物(丙氧基壬苯基丙烯酸酯(20％)，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(70％)，链转移剂(5％)，光引发剂1173(5％))与液晶材料及适量的10微米的衬垫料充分搅拌均匀混合，预聚物与向列相液晶按1∶1-3比例混合。

B、外面两张柔性透明导电膜内侧刻蚀出电极102，104；

C、把混合好的预聚物与向列相液晶及衬垫料转印涂布到301有共面电极的两张柔性透明导电膜302，303之间；

D、用压合机把涂布了预聚物与液晶混合物的两张柔性透明导电膜挤压成复合膜304；

E、对复合膜进行相分离，使液晶从聚合物中充分析出，当形成平均直径约2-4微米的液晶微滴时进行固化(相分离及固化处理是紫外光固化技术)。

Claims

1.一种聚合物分散液晶压光效应膜，它包括两张柔性透明导电薄膜，一层聚合物分散液晶层，聚合物分散液晶层夹在两张柔性透明导电薄膜之间，两张导电薄膜上刻蚀有电极；聚合物分散液晶层是以可聚合单体和光引发剂组成的预聚物、向列相液晶材料及衬垫材料为原料，按照预聚物与向列相液晶的质量比为1∶1-3的比例制成，制备步骤为：常温下将预聚物、向列相液晶材料及衬垫材料混合后转印到两张柔性透明导电膜之间，挤压成复合膜，紫外光照射，使液晶从聚合物中析出，形成液晶微滴，两张柔性透明导电膜加工出电极引线，并在电极间施加直流电场，对聚合物分散液晶压光效应膜的垂直表面方向施加压力；其特征在于：

所述的聚合物分散液晶层组成的的预聚物的原料含链转移剂；

所述的聚合物分散液晶压光效应膜，垂直表面方向施加压力时，液晶微滴中液晶分子将沿薄膜表面排列，液晶微滴又呈现为各向异性单轴晶体；

所述的预聚物原料的质量组成：丙氧基壬苯基丙烯酸酯15-25％，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯65-75％，链转移剂癸二酸3-5％，光引发剂1173 3-5％；

2.根据权利要求1所述的聚合物分散液晶压光效应膜，其特征在于所述的衬垫材料是直径尺寸6-30μm的微球，在聚合物分散液晶层中含量为10-30个/mm²。

3.根据权利要求1所述的聚合物分散液晶压光效应膜，其特征在于所述的聚合物分散液晶压光效应膜，施加电压时，液晶微滴中液晶分子指向电场方向，液晶微滴呈现为各向异性单轴晶体；去掉电场液晶微滴中液晶分子指向矢散乱分布。

4.权利要求1所述的聚合物分散液晶压光效应膜的制造方法，其特征在于包括的步骤：

4)用25mW紫外光照射1-3分钟对复合膜进行相分离，使液晶从聚合物中充分析出，形成2-4微米直径尺寸的液晶微滴；

5)对两张柔性透明导电膜加工出电极引线，在电极间施加直流电场25伏，使复合膜呈现透明开态；

6)去掉电场，聚合物分散液晶压光效应膜呈现散射关态；

7)对聚合物分散液晶压光效应膜在垂直表面方向施加压力10⁵Pa，液晶微滴中液晶分子将沿薄膜表面排列，液晶微滴又呈现为各向异性单轴晶体，聚合物分散液晶膜处于透明开态。

5.权利要求1所述的聚合物分散液晶压光效应膜的应用，其特征在于用于光纤压力传感器，压力触点光阀以及智能触摸窗的制造。