綠色節能型智能薄膜的發展

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，通過對材料的設計，可以制成不同模式的智能薄膜。通過外加電場的控制，薄膜可以實現從透明態到光散射狀態的切換，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溫度，減輕空調負荷，達到節能環保的效果。

關鍵詞：智能薄膜;節能;環保

一、概述

隨著我國經濟社會的高速發展，我國在眾多領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濟可持續發展的重要因素。目前我國城市化進程進一步深化，建筑業和汽車制造業發展迅猛。同時，傳統工業制造業亟待轉型，節能環保的大趨勢勢不可擋。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。據統計，窗體是建筑能耗的主要部分，門窗損失占整個建筑能耗的50%以上。為了降低建筑能耗，亟需效果明顯、切實可行、應對節能需求的智能化窗體產品，綠色節能型智能薄膜正是在這種趨勢下應運而生的。

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光膜材料，又被稱為“電子調光窗簾膜”。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，在引發劑存在的條件下，選用適宜的固化條件制備而成。通過對外部電場的控制，PDLC智能薄膜可實現在光散射狀態和透明狀態之間的自由轉換，達到光線阻隔一光線透過的調控效果，并且可以根據人們的需要任意調控，廣泛應用于建筑門窗和室內隔斷。這種調光玻璃同時具有普通玻璃和電控窗簾的雙重特點，可以有效地保護隱私，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生相分離，形成液晶微粒分散在高聚物的連續相中。

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氧熱固法和紫外光固化法。前者固化時間約為7-9h，溫度約為80℃左右，耗能比較大，成品率較低，不能連續生產;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束，固化時間約為3min左右，固化溫度室溫即可，耗能較低，且成品率高，能夠連續化生產，是目前應用比較廣泛的方法。

三、PDLC智能薄膜研究現狀

目前對于PDLC智能薄膜的研究主要在于開發新型功能性薄膜，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，雙穩態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構、含量等，使液晶分子均勻分散在聚合物形成的三維網絡結構的網眼中。通過調控內部材料的屬性，正式PDLC智能薄膜的外觀表現為不加外部電場時，外加電場時薄膜呈現透明狀態。

（二）反式PDLC智能薄膜

反式PDLC智能薄膜的外觀表現與正式PDLC智能薄膜正好相反，未加電場時，材料呈現透明狀態;外加電場時，材料呈現散射狀態。在反式PDLC智能薄膜中選用的液晶為負性液晶，技術難點為通過聚合物網絡把液晶的透明狀態穩定下來。反式PDLC智能薄膜的優點為透明狀態不需要加電就能很好的保持，比正式PDLC智能薄膜更加節能和環保。

（三）溫控PDLC智能薄膜

溫控PDLC智能薄膜的外觀表現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出不同的相態結構。溫控PDLC智能薄膜的特點是不需要電場驅動，薄膜可以隨著溫度變化在透明和強烈光散射狀態之間自動發生可逆變化。天氣較熱時薄膜變成強烈的光散射狀態，這不但可以屏蔽掉太陽的輻射能，還可以避免室內人員的眼睛受強烈陽光的刺激。

（四）雙穩態PDLC智能薄膜

雙穩態PDLC智能材料具有光學透明狀態和光散射態兩種穩定的狀態，這兩種狀態不需要電場來維持，并且可以通過外加不同頻率的電場來進行切換，設計的依據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能的效果，使其從節能產品中脫穎而出。

（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。這種方法將會進一步提高薄膜散射態時的隔熱性能，又能使薄膜在透明態時也可以屏蔽掉絕大部分產熱的近紅外光，此種薄膜將成為一個真正意義上節能的薄膜。

四、總結

目前，各種類型的PDLC智能薄膜都可以采用現場貼膜技術使玻璃在透明與不透明之間轉換，實現了玻璃的通透性和保護隱私的雙重要求，這是目前所有窗簾都無法實現的，并且對紅外線具有絕緣反射作用，使得戶內冬暖夏涼、環保節能。此種智能薄膜作為綠色節能型材料，具有廣闊的發展和應用前景。

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