一种聚合物分散型光阀及其制备方法和应用与流程

本发明属于电控光阀领域，涉及一种聚合物分散型光阀及其制备方法和应用，特别是涉及一种可以通过电压同时调控雾度和明暗的聚合物分散型光阀及其制备方法、调光组件。

背景技术：

1、“聚合物分散液晶”(polymer dispersed liquid crystals,pdlc)可以通过电压快速改变雾度。在其中添加染料，可以改变pdlc原有的乳白色外观，得到各种颜色的视觉效果。近年来，通过使用添加了二向色性染料的染料液晶，人们希望彩色pdlc能够在调控雾度的同时，调节外观颜色。

2、由于pdlc的成型工艺普遍采用了“聚合诱导相分离”的方式，而该工艺的要点在于通过高分子胶黏剂聚合形成聚合物基质的过程，将溶解于其中的液晶分子排挤出去，形成液晶微滴。但是，这一工艺总是会有一定比例的液晶分子残留在聚合物基质中。当采用添加了二向色性染料的染料液晶时，同样会有一定比例的二向色性染料残留在聚合物基质中。残留在聚合物基质中的液晶分子和二向色性染料分子，都失去受电压调控改变分子方向的运动自由，这就使得彩色pdlc的颜色调控对比度较差。

3、因此，在本领域中，期望开发一种光阀，其能改善彩色pdlc的颜色调控对比度。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚合物分散型光阀及其制备方法和应用，特别是提供一种可以通过电压同时调控雾度和明暗的聚合物分散型光阀及其制备方法、调光组件。本发明通过将染料液晶(即调光材料，二向色性染料和液晶)预先封装进入微胶囊，再将微胶囊与高分子胶黏剂混合，涂布或贴合在两层透明导电薄膜或玻璃之间，制备出光阀，避免了染料液晶的二向色性染料分子残留在聚合物基质中，从而大大改善了彩色pdlc的颜色调控对比度。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种聚合物分散型光阀，所述聚合物分散型光阀包括第一透明导电基层，以及与所述第一透明导电基层相对设置的第二透明导电基层，所述第一透明导电基层与所述第二透明导电基层之间设置有调光功能层，所述调光功能层由聚合物基质以及分散在所述聚合物基质之中的微胶囊组成，所述微胶囊包括囊壁和囊芯，所述囊芯内预封装有调光材料。

4、当聚合物分散型光阀通电后，在施加额定电压的状态下，调光功能层吸收光线能力减弱，光线透过，外观为浅色且透明；当聚合物分散型光阀在不通电的状态下，调光功能层吸收光线能力增强，光线被阻隔，外观为深色且不透明。

5、本发明提供的聚合物分散型光阀，聚合物基质中不存在调光材料，可以避免现有技术中存在的问题(即残留在聚合物基质中的液晶分子和二向色性染料分子，失去受电压调控改变分子方向的运动自由，导致彩色pdlc的颜色调控对比度较差)，并且微胶囊的囊壁中也不存在调光材料。

6、优选地，所述调光材料包括染料液晶。

7、本发明通过将染料液晶预先封装进入微胶囊，再将微胶囊与高分子胶黏剂混合，涂布或贴合在两层透明导电薄膜或玻璃之间，制备出光阀，避免了染料液晶的二向色性染料分子残留在聚合物基质中，从而大大改善了彩色pdlc的颜色调控对比度。

8、优选地，所述染料液晶包括二向色性染料和液晶。

9、优选地，以染料液晶的总重量为100％计，所述二向色性染料的含量为1％～4％，例如1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％等。如果二向色性染料的含量过大，染料容易析出，导致最终制品的调光膜出现外观劣化，析出的结晶还可能导致通电时发生击穿；如果二向色性染料的含量过小，最终制品的调光膜在不通电(关态)时遮蔽效果差。

10、优选地，所述二向色性染料包括单一分子或至少两种分子的组合。即，所述二向色性染料可以是单一分子，也可以是多种不同化学结构的分子混合而成。

11、本发明中，所述二向色性染料以分子级别与液晶分子混合在一起，不存在团聚沉降的问题(二向色性染料添加进液晶中，不需要额外的功能添加剂)。本发明所述二向色性染料，它的分子结构与液晶分子相似，不会干扰液晶分子的排列，而是跟随液晶分子排列，实际是依靠液晶分子感受电场的取向力。

12、优选地，所述微胶囊为球状和/或椭球状。

13、优选地，所述微胶囊的直径或长轴尺寸为0.5～50微米，例如0.5微米、1微米、3微米、5微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米、50微米等。

14、优选地，所述调光功能层中，微胶囊(即封装了染料液晶的微胶囊)与聚合物基质的质量比为2:1～1:1.2，例如2:1、2:1.2、2:1.5、2:1.8、1:1、1:1.2等。如果微胶囊的含量过大，后期与胶黏剂混合后，得到的混合料会非常粘稠，难以使用；如果微胶囊的含量过小，会导致最终制品在不通电(关态)时遮蔽效果差。

15、优选地，所述调光功能层的厚度为10～30微米，例如10微米、13微米、15微米、18微米、20微米、23微米、25微米、28微米、30微米等。如果调光功能层的厚度太小，最终制品的调光膜遮蔽效果难以达到，且在通电时容易发生击穿损坏；如果调光功能层的厚度太大，最终制品的调光膜在开态时所需的驱动电压过高，且开态的雾度偏大，视觉效果差。

16、优选地，所述聚合物基质的制备原料包括高分子胶粘剂。

17、优选地，所述高分子胶粘剂包括丙烯酸树脂、有机硅树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚脲树脂、密胺树脂、聚多巴胺、聚丁二烯、玻璃钢、聚偶氮苯中的任意一种或至少两种的组合。

18、优选地，所述微胶囊的囊壁为单层或至少两层。

19、优选地，所述囊壁的材质包括聚乙烯醇、阿拉伯胶、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚脲树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、密胺树脂、聚多巴胺、聚丁二烯、玻璃钢、聚偶氮苯、硅酸盐中的任意一种或至少两种的组合。

20、优选地，所述第一透明导电基层和第二透明导电基层均包括基层和导电层，均有导电能力，且二者的导电面相向设置，均和聚合物基质紧密接触。

21、优选地，所述第一透明导电基层和第二透明导电基层中的基层材质各自独立地包括玻璃或聚酯薄膜。

22、优选地，所述第一透明导电基层和第二透明导电基层中的导电层为导电镀层或导电涂层。

23、优选地，所述第一透明导电基层和第二透明导电基层中的导电层材质各自独立地包括氧化铟锡(ito)、掺氟氧化锌(fzo)、铟锌氧化物(izo)、氧化镓锌(gzo)、掺铝氧化锌(azo)、银纳米线、导电石墨烯、铜纳米线、银-氧化硅复合镀层、铜镀层中的任意一种或至少两种的组合。

24、在本发明中，所述聚合物分散型光阀中，可以使用封装有一个型号染料液晶的微胶囊，或同时使用分别封装有多个不同型号染料液晶的微胶囊。

25、在本发明中，所述聚合物分散型光阀可以有一个或多个驱动电压，可以实现一种或多种变色效果。

26、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的聚合物分散型光阀的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

27、(1)预先制备封装有调光材料的微胶囊；

28、(2)制备调光功能层预制液：将步骤(1)得到的微胶囊与聚合物基质的制备原料混合，得到调光功能层预制液；

29、(3)组装光阀器件：将步骤(2)得到的调光功能层预制液通过涂布或贴合的方式，结合在第一透明导电基层和第二透明导电基层之间，并使聚合物基质的制备原料(即高分子胶黏剂)固化，形成三明治结构，即得到所述聚合物分散型光阀。

30、第三方面，本发明提供一种调光组件，所述调光组件包括如第一方面所述的聚合物分散型光阀。

31、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

32、(1)本发明避免了染料液晶(即，二向色性染料和液晶，调光材料)的二向色性染料分子残留在聚合物基质中，从而大大改善了彩色pdlc的颜色调控对比度。

33、(2)本发明通过对染料液晶的预封装，可以实现多种染料液晶彼此互不混合，保持了各自的驱动特性，因而可以实现光阀的多重变色效果。

34、(3)本发明通过对染料液晶的预封装，使得高分子胶黏剂的配方设计不必考虑液晶相分离的效果，因此可以大幅降低高分子胶黏剂配方开发难度；更进一步，可以很容易地引入高性能指标的高分子胶黏剂，从而大幅提升光阀器件的力学、电学、光学特性以及耐候性能。