綠色節(jié)能型智能薄膜的發(fā)展

李鑫　賀振振　吳佳澤　劉昊　薛晶　張翠紅

摘要：聚合物分散液晶薄膜作為一種液晶性功能材料，通過對(duì)材料的設(shè)計(jì)，可以制成不同模式的智能薄膜。通過外加電場的控制，薄膜可以實(shí)現(xiàn)從透明態(tài)到光散射狀態(tài)的切換，并且通過材料本身特性，可以有效吸收紅外光，從而能夠有效控制室內(nèi)溫度，減輕空調(diào)負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。

關(guān)鍵詞：智能薄膜;節(jié)能;環(huán)保

一、概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，我國在眾多領(lǐng)域取得了杰出的成就，但隨之而來的高能耗和高污染也成為制約我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。目前我國城市化進(jìn)程進(jìn)一步深化，建筑業(yè)和汽車制造業(yè)發(fā)展迅猛。同時(shí)，傳統(tǒng)工業(yè)制造業(yè)亟待轉(zhuǎn)型，節(jié)能環(huán)保的大趨勢(shì)勢(shì)不可擋。我國的建筑能耗已在總能耗中所占比例非常大，居全國各類能耗之首。據(jù)統(tǒng)計(jì)，窗體是建筑能耗的主要部分，門窗損失占整個(gè)建筑能耗的50%以上。為了降低建筑能耗，亟需效果明顯、切實(shí)可行、應(yīng)對(duì)節(jié)能需求的智能化窗體產(chǎn)品，綠色節(jié)能型智能薄膜正是在這種趨勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的。

聚合物分散液晶（Polymer Dispersed Liquid Crystal，PDLC）薄膜是一種新型液晶性功能調(diào)光膜材料，又被稱為“電子調(diào)光窗簾膜”。該材料的制備方法是將特定的聚合單體按照一定的比例與液晶材料混合，在引發(fā)劑存在的條件下，選用適宜的固化條件制備而成。通過對(duì)外部電場的控制，PDLC智能薄膜可實(shí)現(xiàn)在光散射狀態(tài)和透明狀態(tài)之間的自由轉(zhuǎn)換，達(dá)到光線阻隔一光線透過的調(diào)控效果，并且可以根據(jù)人們的需要任意調(diào)控，廣泛應(yīng)用于建筑門窗和室內(nèi)隔斷。這種調(diào)光玻璃同時(shí)具有普通玻璃和電控窗簾的雙重特點(diǎn)，可以有效地保護(hù)隱私，是一種理想的窗簾。

二、PDLC智能薄膜的制備方法

PDLC智能薄膜的制備方法主要有四種，分別是溫度分相法（TIPS）、溶劑分相法（SIPS）、微膠囊分散法（MP）和聚合分相法（PIPS）。其中TIPS、SIPS、PIPS時(shí)目前制備PDLC的主要方法，主要是使高聚物和液晶混合物的均相體系產(chǎn)生相分離，形成液晶微粒分散在高聚物的連續(xù)相中。

在溫度分相法制備過程中，用到是的熱塑性樹脂，通過控制溫度使材料進(jìn)行相分離。通過控制冷卻速度可以控制液晶微粒的尺寸大小以及分布，從而最終要影響到PDLC智能薄膜的光電性能。在溶劑分相法中，采用的是聚合物和液晶的共溶劑，小微粒的尺寸和分布可由除去溶劑或降溫速度控制。在微膠囊分散法中微粒的尺寸由攪拌速度和液晶濃度決定。聚合分相法是在聚合過程中使材料分相，最常用的方法主要是環(huán)氧熱固法和紫外光固化法。前者固化時(shí)間約為7-9h，溫度約為80℃左右，耗能比較大，成品率較低，不能連續(xù)生產(chǎn);而后者過程較易控制，用紫外光照射可以人為地控制固化開始和結(jié)束，固化時(shí)間約為3min左右，固化溫度室溫即可，耗能較低，且成品率高，能夠連續(xù)化生產(chǎn)，是目前應(yīng)用比較廣泛的方法。

三、PDLC智能薄膜研究現(xiàn)狀

目前對(duì)于PDLC智能薄膜的研究主要在于開發(fā)新型功能性薄膜，主要分為正式PDLC智能薄膜、反式PDLC智能薄膜、溫控PDLC智能薄膜，雙穩(wěn)態(tài)PDLC智能薄膜、近紅外屏蔽型PDLC智能薄膜。

（一）正式PDLC智能薄膜

正式PDLC智能薄膜選用的液晶為向列相液晶，通過控制外部聚合條件和聚合單體的結(jié)構(gòu)、含量等，使液晶分子均勻分散在聚合物形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)眼中。通過調(diào)控內(nèi)部材料的屬性，正式PDLC智能薄膜的外觀表現(xiàn)為不加外部電場時(shí)，外加電場時(shí)薄膜呈現(xiàn)透明狀態(tài)。

（二）反式PDLC智能薄膜

反式PDLC智能薄膜的外觀表現(xiàn)與正式PDLC智能薄膜正好相反，未加電場時(shí)，材料呈現(xiàn)透明狀態(tài);外加電場時(shí)，材料呈現(xiàn)散射狀態(tài)。在反式PDLC智能薄膜中選用的液晶為負(fù)性液晶，技術(shù)難點(diǎn)為通過聚合物網(wǎng)絡(luò)把液晶的透明狀態(tài)穩(wěn)定下來。反式PDLC智能薄膜的優(yōu)點(diǎn)為透明狀態(tài)不需要加電就能很好的保持，比正式PDLC智能薄膜更加節(jié)能和環(huán)保。

（三）溫控PDLC智能薄膜

溫控PDLC智能薄膜的外觀表現(xiàn)可以隨著外界溫度的變化而變化，其原理主要是用到液晶在不同的溫度下呈現(xiàn)出不同的相態(tài)結(jié)構(gòu)。溫控PDLC智能薄膜的特點(diǎn)是不需要電場驅(qū)動(dòng)，薄膜可以隨著溫度變化在透明和強(qiáng)烈光散射狀態(tài)之間自動(dòng)發(fā)生可逆變化。天氣較熱時(shí)薄膜變成強(qiáng)烈的光散射狀態(tài)，這不但可以屏蔽掉太陽的輻射能，還可以避免室內(nèi)人員的眼睛受強(qiáng)烈陽光的刺激。

（四）雙穩(wěn)態(tài)PDLC智能薄膜

雙穩(wěn)態(tài)PDLC智能材料具有光學(xué)透明狀態(tài)和光散射態(tài)兩種穩(wěn)定的狀態(tài)，這兩種狀態(tài)不需要電場來維持，并且可以通過外加不同頻率的電場來進(jìn)行切換，設(shè)計(jì)的依據(jù)是采用雙頻液晶材料。此種智能薄膜能夠在最大程度上滿足節(jié)能的效果，使其從節(jié)能產(chǎn)品中脫穎而出。

（五）近紅外屏蔽型PDLC智能薄膜

近紅外屏蔽型PDLC智能薄膜是在材料中添加了具有近紅外吸收性能的納米粒子。這種方法將會(huì)進(jìn)一步提高薄膜散射態(tài)時(shí)的隔熱性能，又能使薄膜在透明態(tài)時(shí)也可以屏蔽掉絕大部分產(chǎn)熱的近紅外光，此種薄膜將成為一個(gè)真正意義上節(jié)能的薄膜。

四、總結(jié)

目前，各種類型的PDLC智能薄膜都可以采用現(xiàn)場貼膜技術(shù)使玻璃在透明與不透明之間轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了玻璃的通透性和保護(hù)隱私的雙重要求，這是目前所有窗簾都無法實(shí)現(xiàn)的，并且對(duì)紅外線具有絕緣反射作用，使得戶內(nèi)冬暖夏涼、環(huán)保節(jié)能。此種智能薄膜作為綠色節(jié)能型材料，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

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