一种有机-无机杂化聚合物及其制备方法和其在光阀装置中的应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种有机‑无机杂化聚合物及其制备方法和其在光阀装置中的应用，其中的有机‑无机杂化聚合物主要包含B和C两种成分；所述B是可交联基团，包括至少一种含硅的可交联单体；所述C为任何不可交联基团，其为硅单体或低聚物以及单体和低聚物的组合；所述有机‑无机杂化聚合物还包括有A成分，所述A是包含至少一种多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)化合物的大体积基团，大体积基团分子结构式中的取代基是独立地选自羟基、卤素、饱和或不饱和烃。本发明专利技术设计的聚合物作为光阀装置的基质，其能够更好地粘合到所选择的透明电极上，同时还能够提供更好的防潮性以保护LCP，并且具有更少量的光引发剂残留。

An organic-inorganic hybrid polymer and its preparation method and application in light valve device

【技术实现步骤摘要】
一种有机-无机杂化聚合物及其制备方法和其在光阀装置中的应用
本专利技术涉及一种有机-无机杂化聚合物及其制备方法和其在光阀装置中的应用。本专利技术设计的有机-无机杂化聚合物作为基质制成的光阀装置，可显示出高的热稳定性，对大部分基底具备高粘合性、良好的防潮性和高结构强度。
技术介绍
从理论上讲，光阀装置是一种可以调节通过自身的光线透过率的装置，如窗帘也可以看作是一个光阀装置。在本专利技术中，光阀装置是指能够通过调节施加在其上的电压来控制光线透光率的装置，这种装置也被称为电致变色装置。根据电致变色装置的工作原理，它可分为聚合物分散液晶(PDLC)，电化学装置(EC)和悬浮颗粒装置(SPD)。实际上，上述三类电致变色器件都是通过在两个透明电极之间夹入电活性成分来实现的。在液晶装置中，电活性成分是一种液晶，其通过两个透明电极施加电磁场来改变晶体结构，例如美国专利US3585381A中所描述的原理；在电化学变色装置中，电活性成分是可以通过两个透明电极施加的电磁场中发生氧化还原反应的化学物质，例如美国专利US9581877B2所中描述的原理；在悬浮粒子可控光阀中，电活性成分是在通过两个透明电极施加的电磁场中可重新排列的光控粒子，例如在美国专利US8059331B2和美国专利US9638979B2中所描述的原理。本专利技术中的光阀具体涉及悬浮粒子原理。典型的悬浮粒子光阀是通过将光控制层夹在两个透明导电基材之间而制成的。该光控制层通常通过将包含光控粒子的悬浮介质分散到聚合物基质中来获得，其中光控粒子可在电场作用下重新排列。更具体地说，在这种类型的光阀中，光控粒子在没有施加电场的状态下通过布朗运动，吸收，散射或反射光，因此入射光线不能穿透光阀。当施加电场时，由于光控粒子具有电偶极矩，所以光控粒子沿平行于电场的方向排列。因此，入射到光阀上的光可以穿透光阀。在这种光阀中，通过光控粒子对电场的响应来调节透射光量。在结构上，悬浮粒子光阀中的光控制层通常由固态的聚合物基质和基质中含有的悬浮介质的液滴构成，并且在这些悬浮介质的液滴内包含具有某种形状和尺寸的光控粒子。为了简化本专利技术文本中该悬浮粒子系统的描述，聚合物基质简称为PM，悬浮介质简称为SM，封装在SM内的光控粒子简称为LCP。实际上，固体形态的聚合物基质(PM)是通过光引发聚合相应的单体或低聚物(聚合前体，简称为PPM)而形成。因此，将配制含有聚合前体PPM，悬浮介质SM，光控粒子LCP和光引发剂(PI)的光阀基质乳液，通过刮刀涂布，丝网印刷或狭缝涂布等涂布方法将该光阀基质乳液涂布到透明电极上，然后通过紫外(UV)辐照，从而得到悬浮粒子光阀。尽管SPD薄膜型光阀装置已经成功开发多年，但是一些不可忽视的缺陷限制了其在商业应用中的推广。其中之一便是固化的聚合物基质膜与诸如ITO/PET等透明电极的粘合力不够强。因此，由于剥离，弯曲，折叠，摩擦等原因，该装置结构可能遭到破坏。根据美国专利US7,791,788所述，向聚合物基质中加入(3-环氧丙氧基丙基)甲基二甲氧基硅烷可以改善固化的聚合物基质和透明电极之间的粘合性，但所得结果不令人满意。第二个缺点是现有技术下的光阀装置通常缺乏足够的防潮性。当这些光阀装置暴露在高湿度环境中时，光阀装置的颜色会迅速褪色，因为水会降解并破坏LCP的纳米结构，最终导致光阀装置的失效。第三，光引发剂残留在固化的光阀装置内部对SPD薄膜的稳定性存在潜在的危险，实际上高浓度光引发剂残留的SPD薄膜在暴露于阳光下一定时间后会变红，对于没有紫外线防护层的SPD薄膜，甚至更糟。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术设计了一种有机-无机杂化聚合物，以该聚合物作为基质能够更好地粘合到所选择的透明电极上，同时还能够提供更好的防潮性以保护LCP，并且具有更少量的光引发剂残留。本专利技术的第二个目的设计了一种用于制备所述有机-无机杂化聚合物的方法。本专利技术的第三个目的设计了一种采用所述有机-无机杂化聚合物制作的光阀装置。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种应用于光阀装置的有机-无机杂化聚合物，其主要包含B和C两种成分；所述B是可交联基团，包括至少一种含硅的可交联单体；所述C为任何不可交联的硅单体或低聚物以及单体和低聚物的组合；其特征在于：所述有机-无机杂化聚合物还包括有A成分，所述A是包含至少一种多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)化合物的大体积基团，其分子结构式为：以上分子结构式中的R1至R8取代基是独立地选自羟基、卤素、饱和或不饱和烃。进一步的，上述A在聚合物中起锚点的作用，使聚合物形成网状结构，其构成的聚合物的结构单元通常结构式为：以上通式中B和C的位置可以互换，x，y，z是等于或大于1的正整数。进一步的，上述A在聚合物中作为一端的封端基团，其结构单元的通常结构式为：以上通式中B和C的位置可以互换，y，z是等于或大于1的正整数。进一步的，上述A作为聚合物两端的封端基团，其结构单元的通常结构式为：以上通式中y，z是等于或大于1的正整数。进一步的，上述A作为聚合物的中心结构，其结构单元的通常结构式为：以上通常结构式中的支链数量为3到8个，每个支链中B和C的位置可以互换结构单元相互连接形成网状结构；结构通式中x，y，z是等于或大于1的正整数。一种用于制备权利要求1-5任一权利要求所述有机-无机杂化聚合物的方法，包含以下三步：a、准备至少一种多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)、至少一种可交联含硅基团和至少一种不可交联含硅基团。b.将多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)溶解于有机溶剂中，配成POSS溶液；向三颈瓶中加入不可交联基团和配置的POSS溶液；三颈瓶一侧接分水器连接冷凝管，中间加入机械搅拌，另一侧放入温度计；将三颈瓶中溶液加热至回流持续30分钟，当分水器中出现少量水的时候，添加催化剂辛酸亚锡溶液；然后滴加水解的可交联含硅基团5分钟；之后进行缩合反应，反应温度控制在80到120摄氏度，需要5小时；在此之后立刻加入三甲基甲氧基硅烷作为反应的终止剂；终止反应持续2小时，然后迅速冷却至室温获得反应液。c、将乙醇和已经冷却的反应液在烧杯中混合搅拌，再用有机溶剂清洗反应瓶，并将清洗液一起倒入烧杯中，在混合均匀后，加入甲醇并搅拌15分钟，其中乙醇：甲醇的比例为1：1～10；之后将混合液导入分液漏斗中，静置数小时后出现分层，将下层清液取出并在70摄氏度下旋蒸，最终得到有机-无机杂化聚合物。进一步的，上述有机溶剂为己烷、庚烷、辛烷、甲苯中的至少一种。一种可控制光线透过率的光阀装置，包括两个透明导电基材和位于透明导电基材之间的光控制层，该光控制层采用权利要求1-5任一权利要求所述的聚合物作为固态基质，固态基质内部均匀分散着包含光控粒子的悬浮介质，所述光控粒子可在电场作用下重新排列。本专利技术设计的有机-无机杂化聚合物，其有机部分为一个碳基分子类物质组成，无机部分则由硅氧烷类物质组成。更具体地说，所述多面体低聚倍半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于光阀装置的有机-无机杂化聚合物，其主要包含B和C两种成分；所述B是可交联基团，包括至少一种含硅的可交联单体；所述C为任何不可交联基团，其为硅单体或低聚物以及单体和低聚物的组合；其特征在于：所述有机-无机杂化聚合物还包括有A成分，所述A是包含至少一种多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)化合物的大体积基团，其分子结构式为：/n

【技术特征摘要】
20180727 US 16/047,1461.一种应用于光阀装置的有机-无机杂化聚合物，其主要包含B和C两种成分；所述B是可交联基团，包括至少一种含硅的可交联单体；所述C为任何不可交联基团，其为硅单体或低聚物以及单体和低聚物的组合；其特征在于：所述有机-无机杂化聚合物还包括有A成分，所述A是包含至少一种多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)化合物的大体积基团，其分子结构式为：



以上分子结构式中的R1至R8取代基是独立地选自羟基、卤素、饱和或不饱和烃。


2.如权利要求1所述的一种应用于光阀装置的有机-无机杂化聚合物，其特征在于：所述A在聚合物中起锚点的作用，使聚合物形成网状结构，其构成的聚合物的结构单元通常结构式为：



以上通式中B和C的位置可以互换，x，y，z是等于或大于1的正整数。


3.如权利要求1所述的一种应用于光阀装置的有机-无机杂化聚合物，其特征在于：所述A在聚合物中作为一端的封端基团，其结构单元的通常结构式为：



以上通式中B和C的位置可以互换，y，z是等于或大于1的正整数。


4.如权利要求1所述的一种应用于光阀装置的有机-无机杂化聚合物，其特征在于：所述A作为聚合物两端的封端基团，其结构单元的通常结构式为：



以上通式中y，z是等于或大于1的正整数。


5.如权利要求1所述的一种应用于光阀装置的有机-无机杂化聚合物，其特征在于：所述A作为聚合物的中心结构，其结构单元的通常结构式为：



以上通常结构式中的支链数量为3到8个，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁斌，张达玮，李亚男，赵世勇，肖淑勇，张昱喆，
申请(专利权)人：浙江精一新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33