聚合物网络分散液晶复合膜的制备与性能研究.docVIP

聚合物网络分散液晶复合膜 ① 的制备与性能研究 潘才元 ② 王鸣哲 白如科 邹应芳 ( 中国科学技术大学高分子科学与工程系 , 合肥 230026) 摘 要 报道了一种新型树脂基的聚合物网络分散液晶复合膜材料 。研究了基体材料的组成 、液 晶种类 、液晶含量 、聚合温度 、紫外光强度及聚合时间等因素对聚合物网络分散液晶复合膜性能的 影响 。给出了最佳制备工艺 , 并且制备了性能良好的聚合物网络分散液晶复合膜 。扫描电子显微 镜 ( S EM ) 观测 , 发现这种材料是由两个连续相互穿构成 , 属于聚合物球型 。 关键词 液晶 , 光电性能 , 复合膜 , 液晶显示 , 聚合物网络 中图分类号 0631 将向列型液晶分散在聚合物基体中形成聚合 物分散液晶复合材料 ,即所谓 PDL C ( Polymer Dis2 persed Liquid Crystal) ,靠液晶的双折射作用 ,使之 具有电光响应特性 。其工作原理如图 1 所示 。 选择聚合物的折光指数 np 与液晶的折光指数 no 相等 。在无外加电场时 , 液晶的指向矢随机分 布 ,则聚合物与液晶折光指数不匹配 ,入射光将被 Fig. 1 Operating principles of PDLC f il ms. 散射 ,材料呈现为混浊不透明状态 ,称为关态 ( O F F - S TA T E) ; 当外加一个电场 ,在此电场的 作用下 ,液晶的指向矢将沿电场排列 ,使得 np = no ,入射光被透射 ,材料表现为透明态 ,即开 态 (ON - S TA T E) 。通过电场施加与去除 , PDL C 材料就可方便地在两态间转变 。 自从美国 Kent 大学液晶研究所研制了 PDL C 以来 ,这种复合材料在大屏幕显示器〔1〕、多 页记录显示〔2〕、角分辨器〔3〕、热记录材料〔4〕、非线性光学材料〔5 ,6〕、彩色图像〔7〕、热敏及压敏器 件〔8〕等方面得到了广泛的应用 。 可用作 PDL C 材料基体的聚合物很多 , 但研究最多的是环氧树脂〔9 ,11〕和聚甲基丙烯酸 酯〔7 ,11 ,12〕,这些基体材料制备出的复合液晶膜均为液晶滴型 。起初 ,这种结构被认为是正常 相态 ,后来的研究发现 ,反转和半反转的相态即聚合物球型复合材料具有更为优良的光电性 能〔13〕。为此 ,我们合成了一种新型的基体材料 ,用以制备交联网络分散液晶 ( PNDL C) 复合 膜 。 1 实验部分 ① 收稿日期 : 1997 - 04 - 06 1 . 1 基体材料 双酚 A 双甲基丙烯酸酯 (酯 A) 和己二酸双 (甲基丙烯酸羟乙酯) 酯 (酯 B) 是由酚 (醇) 和甲 基丙烯酰氯按照标准方法合成 ,并经色谱柱纯化制得 。液晶 E - 7 购自 Mer k 公司 。 1 . 2 折光指数的测定 酯的折光指数使用阿贝尔折光仪测定 ,分别为 nA = 1 . 552 , nB = 1 . 464 。由酯 A 和 B 制成 的聚合物做成标准棱镜后用分光仪测定其折光指数 ,分别为 npA = 1 . 579 和 npB = 1 . 503 。各 折光指数均在 25 ℃下测定 。液晶的折光指数 no = 1 . 518 和 ne = 1 . 738 由 Mer k 公司给出 。 1 . 3 P NDL C 膜的制备 将酯 A 、酯 B 和 E - 7 按 1∶4∶15 混合并剧烈搅拌 ,形成均匀溶液后夹在两个涂有氧化铟和 氧化锑的导电玻璃中间 ,用 14μm 的玻璃纤维控制间距 ,加压使两电极与纤维紧密接触 。然后 用紫外光引发聚合即可得到 PNDL C 膜 。 1 . 4 光电性能的测试 测试装置如图 2 所示 ,经透镜会聚的一束平行光透过样品 ,由光电二极管检测其强度 ,放 大信号送单板机处理 ,整个操作由 PC 机控制 。 Fig. 2 Schematic setup of mea surement system. 1 . 5 相结构分析 去除样品的一个电极后切成十字线形 ,用乙醇抽提以除去液晶 ,减压干燥 2 h ,尔后将切口 喷镀一层金钯合金 ,使用 Hitachi X - 650 扫描电子显微镜观测 。 2 结果与讨论 2 . 1 组份的确定 2 . 1 . 1 小分子液晶的确定 PNDL C 材料的最终形态是液晶 (L C) 和高分子基体各成一相 ,互 不相容 。用紫外光引发聚合来完成相分离 ,要求小分子液晶与基体的前体相容 ,并形成均匀的 一相 ;但要求聚合物和液晶是不相容的 ,这样 ,聚合反应结束后才能相分离完全 。因此 ,选择基 体材料时必须满足这一特定的要求 ,否则 ,与前体的相容性太差 ,制备的 PNDL C 材