專利名稱：一種聚合物分散液晶薄膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于液晶應用技術領域，具體涉及ー種聚合物分散液晶(PDLC)薄膜材料的熱聚合分相法，制備的薄膜材料可以廣泛應用于液晶顯示及其它領域中。
背景技術：
I3DLC膜是將向列相液晶微滴均勻分散在聚合物基體中而形成的復合材料。制備 PDLC薄膜吋，液晶與聚合單體的混合溶液在熱或者光的條件下，聚合單體發(fā)生聚合反應，分子量逐漸增加，與液晶的相溶性下降，導致液晶逐步在體系中析出。由于液晶分子擁有光學各向異性和介電各向異性，所以TOLC薄膜材料具備顯著的電光特性。其工作原理當入射光進入roLC薄膜吋，由于光通過液晶微滴的有效折射率與通過聚合物基體的折射率(np)相差較大，光線在液晶與聚合物界面上多次反射和折射， PDLC薄膜呈強烈的散射態(tài)。當在TOLC薄膜上施加電場吋，液晶微滴指向矢沿電場取向，如果選用液晶的尋常光折射率U。)與聚合物基體的折射率匹配，光線在膜內不發(fā)生反射而直接透射出來，薄膜呈透明態(tài)。使用TOLC薄膜制得的光閥在工作中無需偏振片，可以降低由于使用偏振片對光的吸收損耗，視角大，顯示亮度好，并且在其制作過程中不需對基板進行表面處理，應用于 TFT顯示器件的制作時極大地提高了成品率。另外，由于它是固態(tài)膜，這就使得液晶的防泄和膜厚的控制很方便，有利于制作大面積或可彎曲的柔性顯示器。此外，TOLC薄膜還應用于智能玻璃、電控開關、汽車頂板、光敏及應カ敏感元件等其它領域。雖然TOLC薄膜已應用于ー些領域，但是隨著人們對顯示材料性能要求的不斷提高，roLC材料由于存在動態(tài)響應比較慢、電壓驅動條件下透過率滯后，驅動電壓比較高等缺陷，在應用方面受到了一定的限制。所以，roLC薄膜制備中最為重要的環(huán)節(jié)是如何保證 PDLC薄膜具有優(yōu)良的電光性能和良好的穩(wěn)定性。常用的制備F1DLC薄膜的方法主要有以下四種聚合分相法(Polymerization Induced Phase Separation, PIPS),溫度分相法(Temperature Induced Phase Separation, TIPS),溶劑分相法(Solvent Induced Phase Separation, SIPS),微膠囊分散法(Microencapsulation，MP)。其中，TIPS法對成膜材料要求較苛刻，制得的膜對溫度敏感；SIPS法和MP法制備過程復雜，后處理比較困難；而PIPS法由于具有エ藝簡單易控制、 固化速度快、毒性小等優(yōu)點，所以在エ業(yè)生產中得到廣泛應用。按照固化條件的不同，聚合分相法又分為熱固化、紫外光(UV)固化和電子束(EB)固化三種。紫外光固化使用的材料刺激性大，并且制備的I3DLC薄膜有黃變現(xiàn)象。電子束固化制備的I3DLC薄膜液晶微滴中的液晶含量普遍比紫外光固化使用的含量少，但是電子束固化投入的設備大，所以不能得到廣泛的應用。熱固化憑借其材料刺激性小、價格低廉，制備的roLC薄膜無黃變，粘結力強等優(yōu)點而得到廣泛應用
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種制備roLC薄膜材料的方法，通過調節(jié)雙酚A型與脂肪族縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂兩者的質量比來改善roLC薄膜的電光性能，從而制備對比度較大、 高分子網絡與ITO膜之間粘結カ較強、成本低廉的薄膜材料。本發(fā)明的方法是選用雙酚A型與脂肪族縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂為兩種熱可聚合単體，脂肪族類多胺為固化劑，液晶選用向列相液晶；單體之間共聚形成聚合物網絡，將剛性鏈段引入到聚合物網絡中，利用引入的剛性鏈段來改善roLC薄膜材料中聚合物網絡的穩(wěn)定性，同時利用単體與液晶的相容性來控制roLC薄膜材料的相分離過程，使之形成具有適當聚合物網絡的roLC薄膜材料，從而在提高roLC薄膜材料熱穩(wěn)定性的同時提高其綜合電光性能。本發(fā)明采用熱聚合分相法制備的roLC薄膜，具體步驟如下將熱可聚合單體、固化齊U、向列相液晶和玻璃微珠按照一定的質量比混合均勻后，在熱可聚合單體/固化劑/液晶復合材料的液晶相的清亮點溫度以上0. 5 20. (TC吋，將混合物夾在兩片鍍有氧化銦錫的導電薄膜中間，用輥軸壓勻，形成10. 0 15. 0微米厚的膜層，在溫度為70. 0 90. (TC加熱5. 0 7. 0小時，最終固化形成聚合物分散液晶薄膜。所述雙酚A型環(huán)氧樹脂和脂肪族縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂的質量比在10. 0:0. 0 7. 0:3. 0之間；所述熱可聚合單體與固化劑的質量比是I. 00:0. 13 ;所加入的向列相液晶含量占體系總質量的70. 0 80. 0%，固化劑的含量占體系總質量的20. 0 25. 0%，玻璃微珠的含量占體系總質量的0. 5 I. 0%。所述的清亮點為液晶材料與單體混合體系從各向異性體轉化為各向同性體時的溫度；所述熱可聚合單體為雙酚A型環(huán)氧樹脂(E-54)和脂肪族縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂
1,6-己ニ醇ニ縮水甘油醚(HGDE)。進ー步的，脂肪族類多胺固化劑是三こ烯四胺(TETA)。 本發(fā)明的優(yōu)點在于通過調節(jié)雙酚A型和脂肪族縮水甘油醚兩類環(huán)氧樹脂単體的質量比、 控制固化劑與熱可聚合單體的質量比，制備的roLC薄膜具有低驅動電壓、高對比度、與ITO 膜之間粘結カ較強等優(yōu)點。這是因為雙酚A型環(huán)氧樹脂分子內含有剛性的苯環(huán)，即與液晶分子結構更相似，分子間的相互作用カ較大，所形成的網眼越小，使得液晶微滴的比表面積越大，液晶與高分子網絡之間的界面越多，進入到薄膜內的光線所受的折射和散射更強，關態(tài)透過率也就越低，同時由于將剛性鏈段引入到聚合物網絡中，改善了 roLC薄膜材料中聚合物網絡的穩(wěn)定性；脂肪族縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂單體中含有柔性鏈段(C-0鍵和C-C鍵) 使得高分子具有柔順性，而且脂肪族縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂単體的黏度較低，在體系中起到了稀釋劑的作用，從而降低了整個體系的黏度，進而使得聚合物網絡的網孔越大，液晶與高分子網絡之間的表面能和錨定能得以降低，所制備的roLC薄膜材料的閾值電壓和飽和電壓隨之降低。此外，環(huán)氧樹脂中的C-O鍵有助于提高高分子網絡與ITO膜之間的粘結力， 使得所制備的roLC薄膜具有優(yōu)良的粘結力，此外環(huán)氧樹脂本身也具有化學穩(wěn)定性強、粘結力強、耐候性優(yōu)良等優(yōu)點。本發(fā)明結合兩類環(huán)氧樹脂単體所制roLC薄膜材料的優(yōu)點，選擇兩類單體的最佳比例，制備出電光性能優(yōu)異的roLC薄膜材料。另外，通過改變熱聚合的溫度、時間，進而控制所制備的roLC薄膜材料中高分子網絡的微觀形貌，進而改善其電光性倉^:。


圖I是本發(fā)明中所使用的熱可聚合単體及固化劑的化學結構式。
圖2是實施例I所制備的聚合物分散液晶薄膜材料的電壓-透過率曲線。
圖3是實施例I所制備的聚合物分散液晶薄膜材料的高分子網絡的示意圖。
圖4是實施例2所制備的聚合物分散液晶薄膜材料的電壓-透過率曲線。
圖5是實施例2所制備的聚合物分散液晶薄膜材料的高分子網絡的示意圖。
圖6是實施例3所制備的聚合物分散液晶薄膜材料的電壓-透過率曲線。
圖7是實施例3所制備的聚合物分散液晶薄膜材料的高分子網絡的示意圖。
具體實施例方式實施例I
選用的熱可聚合単體為雙酚A型的環(huán)氧樹脂(E-54)，將其與脂肪族類多胺固化劑三 こ烯四胺(TETA)按照質量比I. 00 :0. 13混合均勻后形成聚合單體體系。再將向列相液晶 SLC1717 (Tni=365. 2K，n0=l. 519，ne=l. 720)加入到聚合單體體系中，所加SLC1717的含量占體系總質量的70. 0% ;將直徑為15. 0微米的玻璃微珠加入到聚合單體體系中，玻璃微珠的含量占體系總質量的0. 5%。在加熱的條件下(約50. (TC)，體系澄清達到清亮點，形成各向同性的液體。使用漩渦震蕩儀，將體系混合均勻，待體系達到清亮點以后，將其涂覆于兩片鍍有氧化銦錫(ITO)的透明塑料導電膜中間，用輥軸壓勻至15.0微米左右。壓勻后，將其放于干燥箱中恒溫(80. (TC )固化6. 0小時后，制備出TOLC薄膜材料。使用液晶綜合參數(shù)儀測試實施例I制備的roLC薄膜材料的電壓-透過率曲線，如圖2所示。使用掃描電鏡觀察實施例I制備的roLC薄膜材料的高分子網絡微觀形貌，如圖 3所示。實驗結果表明制備的roLC薄膜材料驅動電壓較高，但關態(tài)透過率較低，對比度較大，熱穩(wěn)定性好。實施例2
選用的熱可聚合単體為雙酚A型的環(huán)氧樹脂(E-54)和脂肪族縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂
I,6-己ニ醇ニ縮水甘油醚(HGDE)，并按質量比(E-54 HGDE=2. 0:8. 0)將兩種單體混合均勻，再將混合単體與脂肪族類多胺固化劑三こ烯四胺(TETA)按質量比為I. 00 :0. 13混合均勻后形成聚合單體體系。再將向列相液晶SLC1717 (Tni=365. 2K,n0=l. 519，ne=l. 720)加入到聚合單體體系中，所加SLC1717的含量占體系總質量的75. 0% ;將直徑為15. 0微米的玻璃微珠加入到聚合單體體系中，玻璃微珠的含量占體系總質量的0. 5%。在加熱的條件下 (約50. (TC )，體系達到清亮點，形成各向同性的液體。使用漩渦震蕩儀，將體系混合均勻，待體系達到清亮點以后，將其涂覆于兩片鍍有氧化銦錫(HO)的透明塑料導電膜中間，用輥軸壓勻至15. 0微米左右。壓勻后，將其放于干燥箱中恒溫(80. (TC)固化5. 0小時后，制備出 PDLC薄膜材料。使用液晶綜合參數(shù)儀測試實施例2制備的TOLC薄膜材料的電壓-透過率曲線，如圖4所示。使用掃描電鏡觀察實施例2制備的TOLC薄膜材料高分子網絡的微觀形貌，如圖 5所示。實驗結果表明制備的I3DLC薄膜驅動電壓較實施例I小，開態(tài)透過率較實施例I 大，高分子網絡與ITO膜之間的粘結カ較實施例I大。實施例3選用的熱可聚合単體為雙酚A型的環(huán)氧樹脂E-54和脂肪族縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂
1,6-己ニ醇ニ縮水甘油醚(HGDE)，并按質量比(E-54 :HGDE=1. 0 :9. 0)將兩種單體混合均勻，再將混合単體與脂肪族類多胺固化劑三こ烯四胺(TETA)按質量比為I. 00 :0. 13混合均勻后形成聚合單體體系。再將向列相液晶SLC1717 (Tni=365. 2K,n0=l. 519，ne=l. 720)加入到聚合單體體系中，所加SLC1717的含量占體系總質量的75% ;將直徑為15微米的玻璃微珠加入到聚合單體體系中，玻璃微珠的含量占體系總質量的0. 5%。在加熱的條件下(約 50 °C),體系達到清亮點，形成各向同性的液體。使用漩渦震蕩儀，將體系混合均勻，待體系達到清亮點以后，將其涂覆于兩片鍍有氧化銦錫(IT0)的透明塑料導電膜中間，用輥軸壓勻至15.0微米左右。壓勻后，將其放于干燥箱中恒溫(80°C)固化6小時后，所得TOLC薄膜。使用液晶綜合參數(shù)儀測試實施例3制備的TOLC薄膜材料的電壓-透過率曲線，如圖6所示。使用掃描電鏡觀察實施例3制備的TOLC薄膜材料高分子網絡的微觀形貌，如圖 7所示。實驗結果表明與采用實施例I和2制備的TOLC薄膜相比較，實施例3制備的 PDLC薄膜的驅動電壓較低，關態(tài)透過率較低，開態(tài)透過率較高，電光曲線的陡度較大，高分子網絡與ITO膜之間的粘結カ更大。
權利要求
1.一種聚合物分散液晶薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟將熱可聚合單體、固化劑、向列相液晶和玻璃微珠按照一定的質量比混合均勻后，在熱可聚合單體/固化劑/液晶復合材料的液晶相的清亮點溫度以上O. 5 20. (TC時，將混合物夾在兩片鍍有氧化銦錫的導電薄膜中間，用輥軸壓勻，形成10. O 15. O微米厚的膜層，在溫度為70. O 90. (TC加熱5. O 7. O小時，最終固化形成聚合物分散液晶薄膜。
2.根據權利要求I所述的聚合物分散液晶薄膜的制備方法，其特征在于，所述的清亮點為液晶材料與單體混合體系從各向異性體轉化為各向同性體時的溫度；所述熱可聚合單體為雙酚A型環(huán)氧樹脂(E-54)和脂肪族縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂1，6_己二醇二縮水甘油醚 (HGDE)，固化劑為脂肪族類多胺。
3.根據權利要求2所述的聚合物分散液晶薄膜的制備方法，其特征在于，所述的固化劑是三乙烯四胺(TETA)。
4.根據權利要求Γ3中任一項所述的聚合物分散液晶薄膜的制備方法，其特征在于 所述雙酚A型環(huán)氧樹脂和脂肪族縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂的質量比在10. 0:0. O 7. 0:3. O 之間；所述熱可聚合單體與固化劑的質量比是1.00:0. 13 ;所述固化劑的含量占體系總質量的20. O 25. 0% ;玻璃微珠的含量占體系總質量的O. 5 I. 0% ;向列相液晶含量占體系總質量的70. O 80. 0%。
全文摘要
一種聚合物分散液晶薄膜材料的制備方法，應用于電控智能玻璃的制備，屬于液晶材料應用領域。本發(fā)明是將熱可聚合單體、固化劑、向列相液晶和玻璃微珠按照一定的質量比混合均勻后，在熱可聚合單體/固化劑/液晶復合材料的液晶相的清亮點溫度以上0.5～20.0℃時，將混合物夾在兩片鍍有氧化銦錫的導電薄膜中間，用輥軸壓勻，形成10.0～15.0微米厚的膜層，在溫度為70.0～90.0℃加熱5.0～7.0小時，最終固化形成聚合物分散液晶薄膜。優(yōu)點在于加強了聚合物網絡的熱穩(wěn)定性；提高了PDLC薄膜的柔韌性，通過選擇兩種單體的最佳比例，調節(jié)了高分子網絡的網眼大小，從而達到了提高聚合物分散液晶薄膜材料的熱穩(wěn)定性、對比度、高分子網絡與ITO膜之間粘結力的目的。
文檔編號C08L63/02GK102585168SQ201210057828
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權日2012年3月7日
發(fā)明者劉芳, 宋平, 曹暉, 楊槐, 王靜靜, 陳杭萍 申請人:北京科技大學