[发明专利]一种碳纳米管-聚氨酯复合调光薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学薄膜及其制法，尤其涉及一种复合层状结构的光学调光薄膜及其制法，在高级门窗、汽车玻璃、卫生间和室内外装饰等领域有重要潜在应用，属于碳纳米管智能薄膜材料及其相关技术领域。

背景技术

功能玻璃材料的开发对室内装饰技术及居住环境的改变在产生着重大影响。为了防止强紫外的照射，人们多用帘布，或在玻璃上贴窗纸或镀膜来实现。但这两种遮光的方式都比较单调，且帘布容易粘灰尘变脏，需定期洗换。贴窗纸和镀膜也难以自由调节进入室内光线的明暗，且难于达到美化室内环境的效果。近年来，随着大玻璃窗的流行，人们对建筑装饰玻璃节能材料的需求也越来越迫切。为了解决这些问题，人们尝试了各种努力，目前最有成效的工作是美国德州的Polytronix，Inc公司于1991年开始投入商业化量产的Polyvision Privacy Glass。在国内，人们习惯称这种玻璃为电控调光玻璃、智能玻璃、液晶玻璃等。北京众智同辉科技有限公司、南京智显科技有限公司以及南京富特莱数码科技实业有限公司等开启了国内调光玻璃生产的先河，他们拥有数十项国家发明专利，如中国专利ZL200720044628.7等。但纵观目前国内外市场上生产销售的调光玻璃，无外乎基于以下三种技术：1)电色器件(Electrochromic devices(EC))，2)悬浮颗粒器件(Suspended ParticleDevices(SPD))，3)聚合物分散液晶器件(Polymer Dispersed Liquid Crystals(PDLCs))，以这三种技术为基础的调光玻璃各有利弊。如以电致变色为基础调光器件通过选取特定物质在电场下产生的化学反应，可调制光线从高透过率连续变化至低透过率，开关效率较高。但该类器件制作工艺复杂，长时间可逆化学反应后化学物质容易变性，耐久性不高，目前只小规模应用在高档汽车玻璃上。悬浮颗粒基调光玻璃的调光原理非常简单，即在电场作用下通过控制两层玻璃之间的悬浮粒子的数量和取向来调整光线的透射和散射程度，但是造价不菲。而且为了防止粒子泄露对操作和使用环境的要求比较高。聚合物分散液晶型电致调光玻璃是目前调光玻璃市场上的主角。这种技术主要是将向列型液晶分散在特定聚合物基体中，通过控制液晶的排列态，产生内部折射系数的不同，而呈现透光和散光的宏观状态的转变。

调光玻璃主要由中间层薄膜调光体及上下透明夹层材料复合制备而成，其关键技术是中间层调光薄膜的材料和制备。目前市场上现有的调光玻璃产品的调光薄膜多是由液晶(主要是向列态液晶分子)及引入电控源的透明导电薄膜(主要为ITO)制备而成。但这两种主要原料造价昂贵，以致国内市场上电控调光玻璃的价格不低于数千元人民币每平方米，进口产品的价格更远远超过普通民众所能承受范围之外。因而市场对于一种新型的，真正物美价廉的调光玻璃产品的需求已经越来越迫切。

碳纳米管(CNT)由日本电镜专家Iijima于1991年发现，是继C60之后碳家族中出现的又一新成员。由其组装而成的宏观结构有碳纳米管丝带、纤维、薄膜等，其粉体及各种宏观结构已被应用于一些高性能复合材料的制备。尤其是近年来逐渐兴起的碳纳米管薄膜，受到了各国科学家们的广泛亲睐。大量的有关碳纳米管薄膜的基础和应用研究表明其在透明导电薄膜、电极材料、柔性扬声器、催化剂载体、场发射器件以及LED等方面的巨大的潜在应用价值。且相对于溶液抽滤的湿法来说，干纺的碳纳米管薄膜中没有小分子分散剂等杂质，透明性和导电性更好，易于大规模制备，因而更显示了工业化前景。相对于ITO来说，碳纳米管薄膜还具有来源广泛、柔韧性好等优点，加上其较高的导电性和极好的透明度，使其有望取代目前广泛使用的透明导电薄膜材料ITO。

形状记忆聚氨酯(SMPU)是形状记忆高分子材料中最重要的一员，它包含由异氰酸酯形成的硬段固定相和聚醚(聚酯)多元醇形成的软段可逆相构成，最早是由日本三菱重工业公司1988年8月首先公布于世。最初开发SMPU的目的是为了制造割草机中一种小型发动机的气流阀；随后，该公司进一步开发了综合性能优异的SMPU。其后，科学家们通过调节硬段和软段的种类、比例和分子量等，制备出了各种具有不同形状记忆功能的SMPU，并得到了一系列的产品和应用。SMPU除了宏观可见的在一定刺激源(光、热、溶剂等)下的形状回复以外，一些特定种类的产品还可以实现透明与磨砂遮光之间的转换。

发明内容

鉴于上述现有调光透镜装置在应用中寿命较短，成本高昂等缺陷，本发明的目的旨在创新地提出一种碳纳米管-聚氨酯复合调光薄膜及其制备方法，以实现一种可低成本制备、且调光性能优越的应用方案。