一种固化变色膜的制备方法 技术领域
本发明涉及一种固化变色膜的制备方法，尤其是具有胆甾相结构的固化变色膜的制备方法。
技术背景
具有胆甾相结构的固化变色膜既具有胆甾型液晶所特有的光学性质，在一定条件下由于具有选择性反射可见光的性能而显示出鲜艳的色彩，色彩可以随观察角度的不同而变化，而且其又具有较好的稳定性。一直以来，这种具有胆甾相结构的固化变色膜的研究、开发和应用受到人们的广泛关注。制备这类彩色膜的方法有很多，中国专利ZL 97114236.X(公告号CN 1060504C，公告日2001.1.10)公开了一种固体复合物彩色膜，其制备方法是采用纤维素衍生物与烯类单体二者按30～65wt％混合形成溶致型液晶，加入安息香酸及其衍生物或二苯甲酮类作光引发剂，用量为单体重量的0.5～5％；将配好的溶液加压形成液膜，控制聚合温度不高于35℃，聚合时间不超过20分钟，在紫外线照射后，完全聚合得到固体复合物彩色膜。这种膜的颜色由其本体颜色和其胆甾相结构的选择性反射光性能共同决定，其不外加颜料而选择性反射某一波长的光，随观察角度不同呈现不同色彩，具有特殊光学效应。其本体颜色和反射地光的颜色主要取决于该膜中纤维素衍生物的含量。在制备过程中主要也是通过控制膜中纤维素衍生物的含量来制备反射不同颜色的固化变色膜。另外光聚合温度对固化变色膜的颜色也有一定的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种固化变色膜的制备方法，它能增加调节固化变色膜颜色的因素，更加有效地调节膜的色彩，适应实际应用的需要。
本发明提供的固化变色膜的制备方法，是先将纤维素衍生物与烯类单体混合形成溶致性胆甾型液晶溶液，加入光引发剂，均匀后制成液膜，对该液膜施加剪切作用，然后静置，再在紫外光下光聚2～5分钟的时间得到保留有胆甾相结构的固化变色材料。
其中对溶液施加的剪切作用可控制剪切强度在1～1000Pa，速率在0.01～100mm/s(毫米/秒)，尤其可以是剪切强度在10～500Pa，速率在1～10mm/s。
剪切后的静置时间一般控制在1秒～6小时，优选10秒～1小时。
其中纤维素衍生物选自乙基纤维素、乙基醋酸纤维素、乙基氰乙基纤维素等，烯类单体选自苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸酯等，纤维素衍生物和烯类单体的配比一般为30～60wt％。
光引发剂一般为安息香及其衍生物或二苯甲酮类引发剂，为烯类单体重量的0.5～5wt％。
本发明在将纤维素衍生物与烯类单体混合形成溶致性胆甾型液晶溶液，加入光引发剂，均匀后加压形成液膜，对该液膜施加剪切作用，由于液晶分子易受外界条件影响，产生不同的排列方式。纤维素衍生物胆甾相液晶溶液中胆甾相结构可受外界的剪切作用影响而产生变化，相应的固化膜的本体颜色可变化到无色。这就提供了一种控制固化膜颜色的强有效方法。胆甾相液晶中胆甾相结构被剪切作用取向破坏后，液晶分子被沿剪切力方向取向，液晶溶液失去原有的反射光性能而呈无色透明。但由于胆甾相液晶分子是手性的，它们能够进行自组装，重新按原胆甾相结构进行排列。通过一定的弛豫时间，原胆甾相结构可以自行恢复，同时也恢复反射光的性能，其本体颜色又得到恢复。控制剪切作用的强度、速率和弛豫时间即可有效调节这种变色膜的颜色。
本发明提供的方法中对固化变色膜颜色产生影响的条件大小依次为：纤维素衍生物含量＞剪切后放置时间＞剪切的强度和速率。而材料的厚度可改变改变反射光的强度。
表1：不同纤维素衍生物含量对膜本体颜色的影响(以乙基氰乙基纤维素/丙烯酸为例) 纤维素/丙烯酸 43∶57 46∶54 48∶52 52∶48 波长值(nm) 742 626 571 425 颜色 红 橙红 黄绿 蓝表2：一定浓度变色膜，在不同观察角度的颜色变化(减小) 观察角度值(°) 90 80 70 60颜色的波长变化率(以90°的颜色为本体值) 1 0.98 0.93 0.87
表3：纤维素胆甾相液晶溶液在剪切作用下的本体颜色变化(以乙基氰乙基纤维素/丙烯酸胆甾相溶液在强度为200pa、速率3mm/S的剪切作用下的情况为例) 纤维素/丙烯酸比(52∶48) 纤维素/丙烯酸比(49∶51) 剪切后放置时间(分) 波长值(nm) 剪切后放置时间(分) 波长值(nm) 0 无色 0 无色 1 397 1.5 507 2 440 3 554 10 462 10 575 30 468 30 578
剪切后胆甾相溶液本体颜色的恢复是呈指数形式的，即前快后慢。大的剪切强度和快的剪切速率将使本体颜色的变化范围加大，胆甾相恢复的也慢，即作用后放置的时间相同的话，剪切强度大或剪切速率快的液晶溶液的波长小一些。
本发明的优点在于可灵活控制生产过程的条件，得到不同颜色的固化变色膜，生产方法实施简单，可靠，实际应用时可根据不同情况改变影响条件之一即可。材料原料采用纤维素衍生物，来源丰富、成本低廉。复合物彩色膜材料为透明材料，并有一定的柔韧性，可适当的弯曲，从而有更好的加工性和应用性。
具体实施方式
实施例1
把乙基氰乙基纤维素和丙烯酸分别按43∶57和49∶51混合，加入安息香乙醚(丙烯酸重量的2％)作为引发剂。把两种溶液夹在两玻璃片间形成80μm厚的液薄膜，在100Pa、速率10mm/s的剪切作用后，分别放置10分钟后用250W紫外光源照射2分钟后，分别得到本体颜色为红色和蓝色的乙基氰乙基纤维素/聚丙烯酸复合薄膜。
实施例2
把乙基氰乙基纤维素和丙烯酸按49∶51混合，加入安息香乙醚(丙烯酸重量的2％)作为引发剂。把该溶液夹在两玻璃片间形成80μm厚的液薄膜，在200Pa、速率3mm/s的剪切作用后，分别放置1分钟，10分钟和1小时后用250W紫外光源照射2分钟后，分别得到本体颜色为紫色和蓝色的乙基氰乙基纤维素/聚丙烯酸复合薄膜。经紫外-可见光分光光度计测量，1分钟和10分钟颜色相差65nm，1分钟和1小时颜色相差81nm。
实施例3
把乙基氰乙基纤维素和丙烯酸按52∶48混合，加入安息香乙醚(丙烯酸重量的2％)作为引发剂。把该溶液夹在两玻璃片间形成80μm厚的液薄膜，在分别200Pa和800Pa，速率5mm/s的剪切力作用后，分别放置3分钟后用250W紫外光源照射2分钟后，丙烯酸聚合，得到本体颜色为蓝色光范围内的乙基氰乙基纤维素/聚丙烯酸复合薄膜。经紫外-可见光分光光度计测量，后者比前者的反射光波长小20nm。。