[發明專利]一種凝膠玻璃分散納米液晶微滴薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201110461587.2
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102585227A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 郭駕宇;湯梅;陳婷荷;呂春菊;凌海峰;舒康穎
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: C08G77/06
• 分類號: C08G77/06;C08G77/20;C08J5/18;C08L83/04;C08L83/07;C09K19/52
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技術領域

本發明涉及一種凝膠玻璃分散納米向列相液晶微滴薄膜的制備方法，屬于液晶應用的領域。本發明是將一種功能性硅氧烷先驅體與向列相液晶材料4-正戊基-4’-氰基聯苯(5CB)或向列相混合液晶E7按不同的質量百分比混合，采用酸、堿兩步催化水解和聚合的溶膠-凝膠方法。利用功能性硅氧烷先驅體經水解縮聚后形成的硅氧空間網絡結構人工調節薄膜中向列相液晶微滴的大小處在納米范圍。該方法的優點在于通過堿催化劑的進一步催化縮聚，5CB或E7向列相液晶微滴的尺寸可以控制在微米級別以下；功能性硅氧烷分子中的無機骨架部分同時可以提高凝膠玻璃分散納米向列相液晶微滴薄膜的熱穩定性。

背景技術

聚合物分散液晶微滴薄膜是出現于1985年的一類新穎的光電功能材料，這類光電功能材料的主要結構為聚合物基材，在其基材中隨機分散著尺寸處在微米級別的液晶微滴。在外加電場或者磁場的作用下，液晶微滴中的液晶分子會發生重新取向，從而可以控制聚合物分散液晶微滴薄膜對外界入射光的散射程度。基于上述特點，聚合物分散液晶微滴薄膜在液晶平板顯示、智能玻璃窗、液晶光閥、液晶光柵、隨機激光器、光敏保護等新穎光電器件領域有廣泛的應用。

制備聚合物分散液晶微滴薄膜的關鍵是使液晶微滴均勻的分散在聚合物基材當中，目前它的制備方法主要有三大類：滲透法、微膠囊封裝法和相分離法。其中較早發展起來的滲透法和微膠囊封裝法在聚合物基材的選擇和液晶微滴的大小調節方面的限制，使得其在制備聚合物分散液晶微滴薄膜方面受到了很大的限制。相分離法是利用聚合物基材與液晶相之間的相溶性的變化而產生兩相分離來制備聚合物分散液晶微滴薄膜的。該方法主要包括溶劑引發相分離、溫度引發相分離和聚合引發相分離，這些方法在制備聚合物分散液晶微滴薄膜方面顯示出來的一些優勢引起了廣泛的關注。Hoppe等利用溫度引發相分離法在聚苯乙烯類熱塑性聚合物材質中分散聚氨酯-4-乙氧基芐叉-正丁基苯胺液晶微滴，通過體系的冷卻速率控制液晶微滴在聚合物薄膜中的分散性。但是，此方法在高溫下薄膜容易重新成膜，無法在較寬溫度范圍下使用。Formentin等在聚二甲基硅氧烷類聚合物材質中分散向列相混合液晶E7微滴(E7液晶的組成為51％5CB、25％7CB、16％8OCB和8％5CT的混合向列相液晶)，通過控制聚合物和液晶的混合體系溶液的揮發獲得聚合物分散液晶微滴薄膜，但是該聚合物薄膜中溶劑的揮發速度不容易控制。為了克服這兩種方法的缺點，提出將聚合物單體或預聚物與液晶首先混合形成均一的溶液，然后利用光或熱引發單體或預聚物聚合，達到聚合物和液晶相分離的目的。由于該方法在聚合物基材的選擇上范圍較廣，是目前研究的最為廣泛的方法。

目前采用聚合引發相分離的方法制備聚合物分散液晶微滴薄膜中，聚合物材質主要為熱固性的丙烯酸異冰片酯、環氧樹脂、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、硫醇、聚甲基丙烯酸酯和混合樹脂等。由于上述聚合物單體在光照下只能發生緩慢的光聚合，因此要進行光引發聚合，在合成過程中還需添加光引發劑、光敏劑，如安息雙甲醚Irgacure?651、碘鎓鹽、硫鎓鹽或芳香酮類燈。在特定的波長照射下光引發劑會發生光分解反應產生自由基，與聚合物單體形成單體自由基，進而引發聚合物的聚合反應。要進行熱引發聚合，則在聚合物單體中要同時引入一些能進行熱反應的基團和固化劑，例如環氧基團和脂肪胺類環氧固化劑等。由于在聚合物和液晶的混合體系中加入了引發劑、光敏劑和固化劑，必然會對整個體系產生影響。其影響主要有：(1)、聚合物分散液晶微滴薄膜上下表面對外界光的照射不一樣，聚合物薄膜表面的單體會優先吸收外界的光子發生固化反應，而聚合物薄膜下層因感光不足，固化不完全，因此也不能制備一些厚的聚合物分散液晶微滴薄膜；(2)、易受氧氣阻聚；(3)、對水汽、堿類物質敏感，導致阻聚。

有機-無機復合材料是指當有機材料尺寸介于納米范圍內，將其分散在無機基材中的一類新型材料。設計該類材料的目的是為了能夠同時得到無機材料和有機材料的優點，克服各自的缺點。這類材料目前在光電功能材料設計中廣泛使用。制備這類材料最常用的方法之一是溶膠-凝膠法，通過溶膠凝膠方法可以獲得摻雜光功能性分子的薄膜、顆粒或者塊材。這些光功能性分子主要為偶氮類、激光染料類、光致變色染料類、酶分子類、納米碳管和富勒烯類等。目前，利用溶膠-凝膠法制備液晶微滴分散的有機無機復合薄膜中的液晶微滴尺寸主要在微米級別，采用的都是一步催化水解的溶膠凝膠方法。但是，這些微米尺寸液晶微滴分散的薄膜在隨機激光領域中會引起比較嚴重的光學信號損失，因此為了克服這一缺點，可以改進制備的方法，減少液晶微滴的尺寸，使其處在納米級別范圍內。

發明內容