CN103197459A - 一种反式电控调光玻璃及其制造方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于应变液晶原理制造的聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃，它由两片浮法超平透明导电厚玻璃夹层聚合物分散负性液晶薄膜所构成。聚合物分散负性液晶的预聚物是由可聚合单体加入光引发剂、链转移剂、增韧剂等组成的，紫外光固化预聚物与向列相液晶混合成液晶胶，制备中施加了拉伸应力使聚合物垂面定向聚合，负性液晶分子垂面排列，聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃具有透明外观，当施加电压时，液晶分子沿面二维混乱排列，该反式电控调光玻璃变成散射状态。本发明制备的聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃能制备出较大面积的产品，应用于室内装修等领域。

Description

一种反式电控调光玻璃及其制造方法和应用

技术领域

本发明技术方案涉及一种采用应变液晶技术制造的聚合物分散负性液晶反式电控调光玻璃。

背景技术

聚合物分散液晶(PDLC)技术现已广泛应用于电控调光玻璃，全息光栅等诸多技术领域。在对聚合物分散液晶研究中发现，施加应力对聚合物的聚合以及液晶分子排列状态有影响，即应力诱导液晶取向作用，这个研究领域称为应变液晶(SLC)。

聚合物分散液晶其制品具有雾态毛玻璃外观，施加电场变成透明状态，这称为聚合物分散液晶正式电控调光玻璃。实用中人们也期待有外观是透明态，当施加电场时呈现散射态，这被称之为聚合物分散液晶反式电控调光玻璃。已有反式电控调光玻璃专利技术是采用双频液晶材料，即介电转换液晶材料，在低频时是正性液晶，高频时是负性液晶，制备过程中，边施加低频电场边进行紫外光曝光，在电场诱导下形成垂面定向聚合，液晶分子垂面排列，制品具有透明外观；当施加高频电压时，液晶分子沿面二维混乱分布，制品就呈现散射毛玻璃态。但是由于高频电压下电介质都成了导体，这种模式功耗大，驱动困难，仅停留在小尺寸样品，没有实用产品，其他一些反式电控调光玻璃设想也由于各种原因无法实现产业化。我们采用应变液晶新技术制备出了可产业化的反式电控调光玻璃，即制品具有透明外观，施加电场变成雾态毛玻璃，且制品面积较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃制造技术，它由两片透明导电厚玻璃和中间夹一层聚合物分散负性液晶薄膜构成，在制备过程中，初步曝光发生相分离，马上停止曝光立即对上下两片玻璃施加垂直玻璃表面的拉伸应力，即通过施加拉伸应力实现聚合物的垂面定向聚合，撤掉拉伸应力后，制品仍把形变保留下来，呈透明外观，当施加电压时，液晶分子沿面二维混乱排列，造成散射。这种反式电控调光玻璃可以做出大面积产品，驱动电压不高，不需要高频电压，能达到与正式电控调光玻璃相反效果，在室内装修等方面有其特殊应用。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃，由两片超平透明导电厚玻璃和中间夹层聚合物分散负性液晶薄膜构成。本发明使用的聚合物分散负性液晶材料由紫外光固化预聚物与向列相负性液晶材料混合而成，预聚物与向列相负性液晶材料以大约1∶1的质量比组成。所述预聚物是由15～25％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、65～75％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3～5％的增韧剂丁腈橡胶、3～5％的链转移剂2-巯基乙醇和3～5％的光引发剂1173组成，所述百分比均为质量百分比，预聚物固化后折射率可以大致为n_p＝1.5。所述向列相负性液晶材料的介电各向异性约为Δε＝-4，寻常光折射率大致为n_o＝1.5，非常光折射率大致为n_e＝1.7，双折射率差为Δn＝0.2以上。

本发明聚合物分散负性液晶反式电控调光玻璃所用相分离技术采用紫外光固化相分离技术。上述聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃，其中聚合物分散负性液晶薄膜的构成还包括直径为10～20μm的衬垫材料塑料微球，其用量以玻璃制品面积计算小于100粒/cm²。

上述聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃，其中所述透明导电玻璃为浮法平板厚玻璃镀氧化锡或氧化銦锡透明导电膜，方电阻30～50Ω，其玻璃厚度为3～5mm。上述聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃，其中所述聚合物分散负性液晶薄膜的厚度经拉伸大于所用衬垫材料直径。

聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃的制造需要在洁净车间进行，与本发明人先前申报专利“反式结构压光效应调光玻璃”(201210324128.4)制备方法类似，基本步骤是：

第一步，配制预聚物

用15～25％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、65～75％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1～3％的增韧剂丁腈橡胶、3～5％的链转移剂2-巯基乙醇和3～5％的光引发剂1173配制预聚物，将混合物在室温条件下搅拌2分钟充分混合均匀。

第二步，配制液晶胶

将第一步配制的预聚物与向列相负性液晶材料以1∶1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌2分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且粘度较小。

第三步，清洁玻璃基板

把厚度3～5mm的透明导电玻璃切割成需要的尺寸，在去离子纯净水中加入清洁剂对玻璃基板进行清洗，使玻璃表面洁净无污物，用纯净水冲洗干净，再用清洁无尘干布擦拭去除水渍。

第四步，撒布衬垫料

在喷雾器中注入稀释溶剂挥发性胶粘剂(如502瞬干胶粘剂兑无水酒精或乙酸丁酯试剂)，溶剂中加入10～20μm的衬垫料微球粉，向一片玻璃上适量喷洒该溶剂，待溶剂挥发掉，衬垫料塑料微球粘结在玻璃表面。

第五步，合玻璃

在湿法撒布了衬垫料的一片玻璃上合上另一片玻璃，倾斜放到专用搪瓷盘槽池中，下端于侧边用不锈钢铁夹子夹住，上端插进注射器针头，使两片玻璃中间形成极薄的楔形空隙。

第六步，灌注液晶胶

将适量的前述配置好的液晶胶用注射器灌注到两片玻璃的空隙中，待液晶胶留到玻璃下方，渐渐抽出注射器针头，合拢玻璃，取下铁夹子，使液晶胶均匀充满玻璃空隙。

第七步，压盒

把夹胶玻璃从槽池中取出放到铺有厚玻璃的水平桌面上，在玻璃上加放两张厚玻璃重物对液晶胶层施加压力挤出多余液晶胶使液晶胶层厚度均匀，并用洁净无尘纸擦净多余液晶胶。

第八步，紫外曝光

将前述灌注了液晶胶的两片玻璃在紫外光灯下曝光，使预聚物与向列相液晶的混合物初步发生相分离，紫外光灯强度适中(如光强通量400W/m²)，曝光时间大约1分钟，预聚物发生聚合反应，向列相负性液晶从聚合物中析出，形成直径小于1μm的液晶微滴，此时制品外观为散射雾态，立即关闭电源停止曝光。

第九步，拉伸固化

当制品曝光经短时间曝光发生相分离，但远还没有充分固化，使用特制的玻璃吸盘拉伸装置对两张玻璃施加力度适当的垂直玻璃表面有分离倾向的拉伸应力，制品又变成透明状态，持续施加拉伸应力数小时，进行充分固化，由此制得由两片透明导电玻璃夹层聚合物分散负性液晶薄膜构成的反式电控调光玻璃。

上述聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃，常态为透明态，施加电压后变为散射态。通过施加和去掉电压可实现调光玻璃的透明与散射两个状态转换，与现有的透明导电胶片夹聚合物分散正性液晶电控调光玻璃具有相反功能效果。

上述聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃制备方法中所用到的原材料均为市场上已知商品，所涉及搅拌器、喷雾器、紫外光灯和玻璃切割机均为公知的工具设备。所涉及的紫外光灯曝光台和吸盘拉伸装置为特殊设计安装，液晶胶为特殊配方。

本发明的有益效果：

本发明聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃的原理：所述调光玻璃在常态下呈透明状态，液晶微滴为沿拉伸方向的垂面长椭球体，液晶微滴中液晶分子沿椭球长轴方向大致取向，因此液晶微滴表现为各向异性单轴晶体的性质，如选择聚合物折射率n_p与液晶寻常光折射率n_o相等，光线垂直通过聚合物分散液晶薄层时，没有双折射效应，光透射，当然视角不好，侧面看有双折射效应，薄膜有淡雾。高分子材料如聚乙烯，有低密度、中密度和高密度之分，通常低能情况下物质质量守恒，拉伸作用使制品聚合物分散液晶层体积增加，但密度下降而已，因此本发明中的紫外光胶粘剂边固化边拉伸可以理解为形成了低密度的弹性体聚合物。

对反式电控调光玻璃的两片透明导电玻璃施加电压，调光玻璃呈散射态。此时的聚合物分散负性液晶薄层中的液晶分子受到电场作用由垂面排列变为沿面二维混乱排列，此刻液晶微滴即不是各向同性的普通液体，也不能当作各向异性的单轴晶体，因此光线通过聚合物分散液晶薄层时被强烈散射。

本发明的聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃可以实现这样一种功能：通过对其两片透明导电玻璃施加电压就能实现调光玻璃的透明与散射变化，在常态时表现为透明态，当施加电场时即变为散射态，撤去电压又恢复透明态。

本发明聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃与现有正式电控调光玻璃相比，具有新特征：

现有电控调光膜夹钢化玻璃的制造技术要求高，除同样要求液晶等原材料电子级纯，生产车间环境要求千级净化等外，其生产设备覆膜机和热固化恒温箱等要求高精密度。首先在洁净车间制作出透明导电胶片夹聚合物分散液晶薄层的胶片制品，然后再将胶片制品夹到两张钢化玻璃之间。直接用透明导电玻璃做正式电控调光玻璃就比用透明导电胶片做就容易些。目前反式电控调光玻璃虽有专利技术但没有产品，加之正式电控调光膜生产线投资巨大，生产成本高，产品价格昂贵，每平米数千元，产品只能应用到超豪华装修领域。本发明采用应变液晶技术制造聚合物分散负性液晶反式电控调光玻璃，投资小(仅是洁净车间的投资，设备只是数千元的紫外光灯曝光台)，工艺简单，产品成本低(原材料成本低于每平米300元)，应用广泛。反式电控调光玻璃因其具有相反的效果，通常情况下不加电是透明态，只在短时间内需要施加电压变散射以保护隐私，可能更受用户青睐而具有特殊应用价值。正式电控调光膜再夹到钢化玻璃之间的制品因为界面多，开态透光率接近70％，反式电控调光玻璃不加电透光率也能接近70％，施加电压散射雾度也和正式电控调光玻璃散射态雾度相当。本发明不宜使用薄透明导电玻璃，薄玻璃太软，拉伸受力不均匀，制品留有明显的玻璃吸盘圆圈痕迹。

附图说明

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步解释。

图1本发明聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃常态示意图。

图2本发明聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃雾态示意图。

图1中，101透明导电玻璃，102聚合物分散负性液晶薄膜中液晶微滴为椭球形状，常态下负性液晶分子大致垂面取向，反式电控调光玻璃呈现透明状态；图2中，201透明导电玻璃，202对聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃施加电压，液晶分子二维沿面混乱排列，呈现散射状态。

具体实施方式

实施例1，聚合物分散负性液晶的反式电控调光玻璃在洁净车间制造，制备方法步骤是：

第一步，配制预聚物

用20％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、70％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、2％的增韧剂丁腈橡胶、3％的链转移剂2-巯基乙醇和5％的光引发剂1173配制预聚物，将混合物在室温条件下搅拌2分钟充分混合均匀，预聚物固化后折射率为n_p＝1.517。

第二步，配制液晶胶

将第一步配置的预聚物与向列相负性液晶材料(负性液晶HNG720200-100由江苏和成显示科技股份有限公司提供)以1∶1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌2分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且粘度较小。

第三步，清洁玻璃基板

把3mm厚方电阻30Ω的透明导电玻璃(江阴兴劲特种玻璃有限公司提供)切割成1200X600mm的尺寸，在纯净水槽中加入清洁剂对玻璃基板进行清洗，使玻璃表面洁净无污物，用纯净水冲洗干净，再用洁净无尘干布擦拭去除水渍。

第四步，撒布衬垫料

在喷雾器中注入502瞬干胶粘剂兑乙酸丁酯试剂，溶剂中加入直径为10μm的衬垫料塑料微球粉，向一片玻璃上适量喷洒该溶剂，待溶剂挥发掉，衬垫料塑料微球粘结在玻璃表面。

第五步，合玻璃

在湿法撒布了衬垫料的一片玻璃上合上另一片玻璃，倾斜放到专用搪瓷盘槽池中，下端于侧边用不锈钢铁夹子夹住靠在搪瓷盘里，上端靠在搪瓷盘边沿，插进注射器针头，使两片玻璃中间形成极薄的楔形空隙。

第六步，灌注液晶胶

将适量的前述配制好的液晶胶以10g/m²的用量注射到两片玻璃的空隙中，待液晶胶流到玻璃下方，渐渐抽出注射器针头，合拢玻璃，取下铁夹子，使液晶胶均匀充满透明导电玻璃空隙，灌注过程中如有液晶胶从底边溢出则滴进搪瓷盘里可收集。

第七步，压盒

把夹胶玻璃从搪瓷盘中取下平放在铺着厚玻璃桌面上，玻璃上叠加放上另外两张玻璃重物压盒使液晶胶层均匀，并用洁净无尘纸擦净挤出的多余液晶胶。

第八步，紫外曝光

将前述灌注了液晶胶的两张玻璃留有5mm等宽错位，以便焊接导电引线，在紫外光灯下初步曝光，使预聚物与向列相负性液晶的混合物发生相分离，紫外光灯光通量400W/m²，曝光时间1分钟，此时制品由透明变为散射雾态，立即关闭电源停止曝光。

第九步，拉伸固化

在避光环境下(弱光环境，不应有阳光中紫外散射光照到制品上，否则制品留有吸盘痕迹)，使用特制的玻璃吸盘阵列拉伸装置对夹了聚合物分散负性液晶层的两张透明导电厚玻璃施加力度适当的垂直玻璃表面的分离拉伸应力，制品又变成透明状态，持续施加拉伸应力3小时充分固化，由此制得由两片超平透明导电厚玻璃夹层聚合物分散负性液晶薄膜构成的较大面积的反式电控调光玻璃。

Claims (8)

1.一种反式电控调光玻璃，其特征在于其由两片透明导电厚玻璃夹聚合物分散负性液晶层构成。

2.根据权利要求1所述的反式电控调光玻璃，其特征在于聚合物分散负性液晶层是由预聚物和负性向列相液晶的混合物以约1∶1的质量比混合后在一定条件下经紫外光固化而制成。

3.根据权利要求1所述的反式电控调光玻璃制备过程为：将预聚物与负性向列相液晶的混合物灌注到两片透明导电厚玻璃之间，经初步紫外光曝光发生相分离，停止曝光立即用玻璃吸盘对两片玻璃施加垂直玻璃表面的拉伸应力，后续的聚合反应使聚合物形成垂面定向聚合形态。

4.根据权利要求1所述的反式电控调光玻璃，其特征在于预聚物是由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％，3～5％的增韧剂丁腈橡胶，光引发剂1173为3～5％，所述百分比均为质量百分比，预聚物固化后折射率大致是n_p＝1.5。

5.根据权利要求2所述的预聚物与负性向列相液晶的混合物，其特征在于所述负性向列相液晶材料的寻常光折射率约为n_o＝1.5，非常光折射率约为n_e＝1.7以上，双折射率差在0.2～0.25之间。

6.根据权利要求3所述的制备过程，其制品特征在于反式聚合物分散液晶的聚合物经拉伸被垂面定向聚合，使液晶微滴中液晶分子在垂面方向大致取向，调光玻璃常态透明。

7.根据权利要求3所述的制备过程，其制品特征在于对调光玻璃施加电场，聚合物分散负性液晶薄膜中的液晶分子垂直电场方向二维混乱排列，调光玻璃在电场作用下变成散射态。

8.这种反式电控调光玻璃可以做出大面积产品，能达到与正式电控调光玻璃相反效果，在室内装修等方面有其特殊应用。

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