一种智能化屏蔽入射光的薄膜材料的制备方法

摘要

本发明属于液晶材料领域，特别提供了一种智能化屏蔽薄膜材料及其制备方法，适用于制备一种透过率随着温度升高和降低逐渐降低和升高的新的柔性薄膜材料。本发明使用垂直高分子网络将具有近晶相到手征向列相转变的液晶的近晶相液晶分子固定，并使用了具有手性翻转的手性化合物和一种与其低温旋向相反的手性化合物作为手性添加剂，实现了透明态到光散射态的逐渐变化。通过调节两种手性化合物的比例，两种状态的转变快慢可以调节。本发明的优点在于：可实现光透过率随环境温度的自动调节，作为楼房门窗玻璃的贴膜，可以智能地调节光线透过和被截止。从而可以节约能源，可以减少室内空调二氧化碳等有害气体的排放，有利于节能环保。

权利要求

1.一种智能化屏蔽入射光薄膜材料，其特征是由重量百分比为93～96.9％的主体材料和3-7％形成垂直高分子网络的液晶性可聚合单体C6M组成，再加入光引发剂Irgacure 651，从而制备一种智能化屏蔽入射光的薄膜材料；其中主体材料由具有SmA相—向列相相转变的液晶、小分子液晶混合物SLC1717、手性化合物1和手性化合物2构成，加入的光引发剂Irgacure 651占C6M重量的4-10％，SmA相即近晶A相；

主体材料中，具有SmA相—向列相相转变的液晶材料是联苯氰类液晶、包括8CB、10CB、11CB、12CB，比例为70-80％；小分子液晶混合物是SLC1717，比例为10-20％；具有手性翻转的手性化合物是PPCB即手性化合物1，比例为6-8％；右旋的手性化合物是R811即手性化合物2，比例为2-4％；联苯氰类液晶8CB∶10CB∶11CB∶12CB＝5.04∶2.16∶1.8∶1。

2.如权利要求1所述的一种智能化屏蔽入射光薄膜材料，其特征是具有手性翻转的手性化合物PPCB的基本结构为形成垂直高分子网络的液晶性可聚合单体C6M的结构式为

3.如权利要求1所述的一种智能化屏蔽入射光薄膜材料，其特征是制作方法为：

(1)对玻璃或塑料薄膜进行垂直取向处理，使用化学取向剂、高分子取向材料或光取向剂在玻璃或塑料薄膜上形成了垂直取向层；

(2)调制具有SmA相向列相相转变液晶、光聚合性液晶单体、手性化合物体系和光引发剂混合物，然后把混合物灌入夹在两层玻璃或塑料薄膜中间，混合物层的厚度由玻璃微珠或间隔垫来控制；

(3)把玻璃或塑料薄膜缓慢冷却至SmA相，在表面取向剂的作用下，SmA相的液晶分子形成垂直取向的分子排列方式，SmA相呈透明状态；

(4)在SmA相的温度范围内使用紫外光照射薄膜材料，使光聚合单体分子间发生交联反应形成交联键；由于光聚合单体分子间的交联反应是在垂直取向的SmA相中进行，所形成的高分子网络也是垂直排列的；从而制备成垂直取向高分子网络、LCs和手性化合物复合材料薄膜，LCs即混合液晶。

说明书

技术领域

本发明属于智能材料应用领域，特别是提供了一种智能化屏蔽入射光薄膜材料及其制备方法，可自动感应周围环境温度变化从而调节自身的光透过率。这种薄膜材料可用于建筑门窗玻璃的贴膜。

背景技术

随着工业的发展，能源紧张和空气污染已经成了我们不能不正视的问题。大气中二氧化碳的浓度，已从工业化以前的280ppm逐渐上升到目前的350ppm，并且仍然在急速上升，造成温室效应、地球温暖化、酸雨、烟雾或气候变化等。石油和煤炭虽然带来了世界经济的繁荣，然而它们终将枯竭。在这种情况下，尽最大的可能降低自然资源的消耗，减少二氧化碳和其它废气的排放，将成为造福于子孙万代的伟业。
随着我国经济的快速发展，建筑能耗在我国能源总消费量中所占比例已经从20世纪70年代末的10％上升到今天的27.6％。为此，国家确立了以加强节能和提高能源利用效率为核心的“节能优先、结构多元、环境友好”的建筑节能减排的发展战略。
建筑节能主要集中在墙体与门窗两个方面。墙体方面的节能重点是保温。如今墙体节能方面材料与技术逐渐趋于成熟。门窗节能仍有相当大的空间，门窗节能急需改善。为了改善门窗的保温效果，中空玻璃门窗得到了较为普及的应用。但如何能有效地屏蔽夏季太阳光辐射能是一个较为棘手的问题。国外大量研究和测试已经表明：通过窗户直接进入室内的太阳光辐射热量是夏季室内过热的主要原因，高层楼房约19％的能量来自于太阳光的辐射能。为了达到减少太阳光辐射能的目的，人们发明了低辐射Low-E玻璃等节能玻璃。但这些节能玻璃不具有智能化的特性，在冬天室内需要太阳光辐射能量的时候，一部分太阳红外光辐射能量仍然被屏蔽掉；同时这些节能玻璃在夏季只能屏蔽部分红外光辐射能，太阳可见光部分辐射能不能被屏蔽掉。
鉴于上述原因，申请人等开发出随着环境温度升高和降低，可以在光透过光散射状态之间自动进行可逆转换的柔性薄膜材料，并且薄膜在透明光散射状态之间转换具有高度灵敏性，两种状态之间转换所需要的温度区间小于0.2℃(专利号：200510086997.8)。这种薄膜材料作为楼房(或汽车)的门窗玻璃贴膜，可以自动感知周围环境温度变化、从而可以自动调节其自身的光透过率，以便最大限度地有效节约空调能耗、达到节能与环保的目的。
但在许多场合，人们希望薄膜的透过率能够随温度升高逐渐降低，并且薄膜的透过率随温度变化的趋势可以根据需要任意调整。但据我们的查新结果，至今还没有关于这种材料的文献报道和专利申请。

发明内容

本发明提供了一种智能化屏蔽薄膜材料的制备方法，获得了一种透过率随着温度升高逐渐降低的薄膜材料，并且薄膜的透过率随温度变化的趋势可以根据需要任意调整，以便满足人们的多种需要。
本发明使用随着温度增加具有从左旋到右旋手性翻转的手性化合物(手性化合物1)与一种右旋的手性化合物(手性化合物2)进行共混，或者使用随着温度增加具有从右旋到左旋手性翻转的手性化合物与一种左旋的手性化合物进行共混，制备旋光度随温度增加而急剧增加的手性化合物的混合物。然后把上述手性化合物的混合物添加到具有近晶A(SmA)相—向列(N)相相转变的液晶材料中、制备N*相的螺距随温度升高而减小的具有SmA相—手征向列(N*)相相转变的液晶材料。然后利用垂直高分子网络稳定将SmA相的液晶分子垂直于基板的状态稳定下来，使薄膜材料具有光透过和光散射两种状态的可逆转变。
一种智能化屏蔽入射光薄膜材料，由重量百分比为93～96.9％的主体材料和3—7％形成垂直高分子网络的液晶性可聚合单体(C6M)组成，再加入光引发剂(Irgacure651)，从而制备一种智能化屏蔽入射光的薄膜材料。其中主体材料由具有近晶A(SmA)相—向列(N)相相转变的液晶/小分子液晶混合物SLC1717/手性化合物1/手性化合物2构成，加入的光引发剂(Irgacure651)占C6M重量的4—10％。
主体材料中，具有近晶A(SmA)相—向列(N)相相转变的液晶材料是联苯氰类液晶(8CB、10CB、11CB、12CB)，比例为70—80％，小分子液晶混合物是SLC1717，比例为10-20％，具有手性翻转的手性化合物是(PPCB)即手性化合物1比例为6-8％，左旋或右旋的的手性化合物是S811或R811或R1011，即手性化合物2比例为2-4％。联苯氰类液晶(8CB：10CB：11CB：12CB＝5.04:2.16:1.8:1)
具有手性翻转的手性化合物(PPCB)的基本结构为或或
形成垂直高分子网络的液晶性可聚合单体(C6M)的结构式为光引发剂(Irgacure651)的结构式为
由于薄膜的N*相的螺距随温度升高而减小，并且随温度的变化趋势可根据手性化合物的比例进行调整，制备出的智能化屏蔽入射光的薄膜材料透过率随着温度升高逐渐降低，并且其透过率随温度变化的趋势可以根据需要任意调整。
如上所述智能化屏蔽入射光薄膜材料的制作方法为：
(1)对玻璃或塑料薄膜进行垂直取向处理，可使用化学取向剂、高分子取向材料或光取向剂在玻璃或塑料薄膜上形成了垂直取向层；
(2)调制具有近晶A(SmA)相向列(N)相相转变液晶/光聚合性液晶单体/手性化合物体系/光引发剂混合物，然后把混合物灌入夹在两层玻璃或塑料薄膜中间，混合物层的厚度由玻璃微珠或间隔垫来控制；
(3)把薄膜缓慢冷却至SmA相，在表面取向剂的作用下，SmA相的液晶分子形成垂直取向的分子排列方式，SmA相呈透明状态；
(4)在SmA相的温度范围内使用紫外光照射薄膜材料，使光聚合单体分子间发生交联反应形成交联键。由于光聚合单体分子间的交联反应是在垂直取向的SmA相中进行，所形成的高分子网络也是垂直排列的。从而制备成垂直取向高分子网络/LCs/手性化合物复合材料薄膜。
本发明的优点在于：可实现光透过率随环境温度的自动调节，即在低温时，光线可透过薄膜材料；当环境温度较高时，光线被阻挡；作为楼房门窗玻璃的贴膜，可以智能地调节光线透过和被截止。从而可以节约能源，可以减少室内空调二氧化碳等有害气体的排放，有利于节能环保。

附图说明

附图1：薄膜材料1中液晶体系的螺距随温度的变化关系曲线；
附图2：薄膜材料1的光透过率随温度的变化关系曲线；
附图3：薄膜材料2中液晶体系的螺距随温度的变化关系曲线；
附图4：薄膜材料2的光透过率随温度的变化关系曲线；
附图5：薄膜材料2中形成的垂直于基板的高分子网络的断面扫描电镜照片；
附图6：薄膜材料2中形成的垂直高分子网络的正面扫描电镜照片；

具体实施方式

实施方式一：
对ITO导电玻璃进行垂直取向处理，并制作成液晶盒。将调制好的具有近晶A(SmA)相向列(N)相相转变液晶/小分子液晶混合物SLC1717/光聚合性液晶单体/手性化合物1/手性化合物2/光引发剂混合物在N*相灌入液晶盒或两层塑料薄膜中间，其中具有近晶A(SmA)相向列(N)相相转变液晶/小分子液晶混合物SLC1717/手性化合物1(R811)/手性化合物2(PPCB)的比例为72.0％/18.0％/2.5％/7.5％，光聚合性液晶单体C6M的加入量占以上混合物的4％，光引发剂(Irgacure651)加入量占C6M的5％。把液晶缓慢冷却至SmA相(28℃)，使用紫外光(1.3mw/cm2)照射从而形成薄膜材料1，附图1为薄膜材料1中液晶体系的螺距随温度的变化趋势，附图2为薄膜材料1的光透过率随温度的变化关系曲线。随着温度的升高，当材料由近晶A转变为手征向列相时，由于液晶体系的螺距较大，焦锥织构的光散射比较微弱，薄膜材料1的光透过率较大，当温度升高时，螺距逐渐变小，光散射越来越强，因此薄膜材料1的光透过率越来越小，并随着温度升高呈逐渐变化趋势。
实施方式二：
对ITO导电玻璃进行垂直取向处理，并制作成液晶盒。将调制好的具有近晶A(SmA)相向列(N)相相转变液晶/小分子液晶混合物SLC1717/光聚合性液晶单体/手性化合物1/手性化合物2/光引发剂混合物在N*相灌入液晶盒或两层塑料薄膜中间，其中具有近晶A(SmA)相向列(N)相相转变液晶/小分子液晶混合物SLC1717/手性化合物1(R811)/手性化合物2(PPCB)的比例为72.0％/18.0％/3.5％/6.5％，光聚合性液晶单体C6M的加入量占以上混合物的4％，光引发剂(Irgacure651)加入量占C6M的5％。把液晶缓慢冷却至SmA相(28℃)，使用紫外光(1.3mw/cm2)照射从而形成薄膜材料2，附图3为薄膜材料2中液晶体系的螺距随温度的变化趋势，附图4为薄膜材料2的光透过率随温度的变化关系曲线。从附图4中也可以看出薄膜次材料2的光透过率随温度变化而呈逐渐变化趋势，但其变化趋势比薄膜材料1较快，其原因为薄膜材料2的液晶体系的螺距随温度的变化较薄膜材料1的液晶体系的螺距随温度的变化快，从而导致其有不同的光透过率变化趋势。附图5为薄膜材料2中形成的垂直于基板的高分子网络的断面扫描电镜照片。附图6为薄膜材料2中形成的垂直高分子网络的正面扫描电镜照片。