摘 要：聚合物分散液晶（PDLC）薄膜產(chǎn)品長期暴露在太陽光下，會導(dǎo)致聚合物降解、PDLC薄膜性能下降，因此本文在某公司進(jìn)行試驗，將PDLC材料中加入不同比例的249光穩(wěn)定劑，采用紫外固化的方式制備PDLC薄膜，測試其光電性能、100h通電UV性能，并對性能變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)加入0.5%，1%和2%的249光穩(wěn)定劑后，能改進(jìn)通電UV輻照性能，并且比例為2%的改進(jìn)效果最佳，不僅不影響生產(chǎn)固化工藝，而且各項性能均滿足要求，提升了耐通電UV輻照性能。

關(guān)鍵詞：光穩(wěn)定劑；聚合物分散液晶；PDLC；耐通電UV輻照性

中圖分類號：TN 104" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

聚合物分散液晶（PDLC）薄膜是一種新型的功能性光電薄膜，其核心PDLC材料由液晶分子、預(yù)聚物、單體和光引發(fā)劑等組成[1]。液晶調(diào)光產(chǎn)品的光電調(diào)控性能取決于固化后的PDLC材料性能[2]。傳統(tǒng)液晶耐溫性差且與固化后聚合物折射率不匹配、聚合物固化不充分等導(dǎo)致產(chǎn)品透過率低、工作電壓高、工作溫度范圍窄、剝離強度弱且耐輻照性差等，限制其只能應(yīng)用于室內(nèi)。目前，PDLC薄膜產(chǎn)品的材料、薄膜和玻璃制造設(shè)備工藝技術(shù)進(jìn)步顯著，PDLC產(chǎn)品性能有明顯提升，不僅可以應(yīng)用于室內(nèi)隔斷，還能應(yīng)用于建筑幕墻和汽車玻璃等戶外場景，因此需要進(jìn)一步提升耐輻照性能。

考慮PDLC產(chǎn)品應(yīng)用于戶外時，PDLC材料長期暴露在日光下會吸收紫外線能量并引起高分子材料自動氧化反應(yīng)，導(dǎo)致聚合物降解，使PDLC薄膜性能下降[3]，本文將光穩(wěn)定劑引入PDLC材料中，分析不同比例光穩(wěn)定劑對PDLC薄膜光電性能的影響，并進(jìn)行100h通電UV老化試驗，進(jìn)一步分析不同比例光穩(wěn)定劑對PDLC薄膜耐通電UV輻照性能的影響。

1 試驗

1.1 生產(chǎn)設(shè)備

本文試驗所用設(shè)備為珠海興業(yè)新材料科技有限公司1600mm幅寬的高精密卷對卷連續(xù)式涂布固化設(shè)備。

1.2 原材料

本文試驗所用ITO導(dǎo)電膜和PDLC材料均由珠海興業(yè)新材料提供，ITO導(dǎo)電膜的中心方塊電阻為110Ω，全光線透過率為84%，霧度為0.8%；PDLC材料為興業(yè)新材料公司試驗用PDLC材料。光穩(wěn)定劑為巴斯夫249光穩(wěn)定劑。為了控制PDLC層的厚度，PDLC材料中加入了15μm的微珠。此次試驗共有5組PDLC材料，具體PDLC材料參數(shù)見表1。

1.3 試樣的制備

本文試樣分為5組，與表1序號相對應(yīng)，分別為1#～5#樣品。先將1#～5#PDLC材料攪拌充分，再用上述導(dǎo)電膜在上述生產(chǎn)設(shè)備上用相同生產(chǎn)工藝分別制備1#～5#卷狀調(diào)光膜，最后從卷狀調(diào)光膜裁切片狀1#～5#樣品并制備電極，用于測試。

2 測試與分析

使用帶有積分球的分光光度計UV2600，按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2680規(guī)定的方法分別測試5組100mm×100mm試樣0V和48V的可見光透過率、霧度。測量時，試樣緊挨積分球。用手持式平行光透過率儀LS-116測試5組300mm×300mm試樣0V、48V和70V平行光透過率值，計算70V平行光透過率值的90%，并通過可調(diào)電源調(diào)節(jié)電壓找到該透過率對應(yīng)的電壓，記錄為飽和電壓。飽和電壓一般為最高平行光透過率的90%對應(yīng)的電壓，選取70V的主要原因是該電壓下試樣已經(jīng)達(dá)到最大平行光透過率。由于大尺寸膜存在電壓衰減問題，因此在導(dǎo)電膜電阻相同的情況下，飽和電壓越低，大尺寸膜不同位置的性能就越一致，性能也更好。最后，將5組300mm×300mm試樣膜放入恒溫恒濕箱測試工作溫度，在-20℃～80℃條件下，每隔5℃測試樣品0V和48V的響應(yīng)情況，如果膜霧度＞80%且能正常響應(yīng)，就認(rèn)為該溫度響應(yīng)正常。試樣工作溫度主要取決于液晶材料特性，固化程度也會對工作溫度有一定影響。如果PDLC材料相同，但工作溫度范圍有差異，說明固化程度不同；如果工作溫度范圍變窄，就可能存在固化不充分問題[4]。

5組試樣具體測試結(jié)果見表2。從表2可以看出，1#、2#、3#和4#試樣各項性能均合格，5#試樣0V和48V的霧度、平行光透過率以及飽和電壓均不滿足要求。

具體來看，1#、2#、3#和4#試樣整體性能相差不大，可見光透過率均＞82%，其中3#試樣為83.77%，為4個樣的最小值，4#試樣為83.99%，為4個樣的最大值。48V可見光透過率均＞60%，其中1#試樣為69.25%，為4個樣的最小值，4#試樣為70.92%，為4個樣的最大值。1#、2#、3#和4#試樣0V和48V的霧度和平行光透過率均滿足要求，從0V和48V霧度來看，1#性能最佳，不僅０V的霧度最高，而且48V霧度最低，對比度略好。相對而言，這4個試樣隨著249光穩(wěn)定劑比例增加，開態(tài)霧度呈輕微上升趨勢。1#、2#、3#和4#試樣的飽和電壓均＜20V，為14V～15V，滿足要求，工作溫度均為-20℃～80℃，滿足要求，因此1#、2#、3#和4#試樣各項性能都滿足要求。

5#樣品0V霧度為7.51%，與＜3%的要求相差較遠(yuǎn)；48Ｖ霧度只能達(dá)到92.67%，遮蔽性能差，不滿足要求。0V和48V的平行光透過率分別為3.8%和77.38%，均不滿足要求。5#樣品飽和電壓高達(dá)40V，與＜20V要求相差較大。雖然工作溫度滿足要求，但是相對1#～4#樣品，高溫工作溫度下降，只能達(dá)到75℃，說明可能存在固化不充分現(xiàn)象。

從以往的經(jīng)驗看，在斷電狀態(tài)0V下進(jìn)行UV輻照試驗，即使膜固化不充分，關(guān)態(tài)平行光透過率也沒有明顯變化。在通電狀態(tài)下進(jìn)行UV輻照試驗，如果膜固化不充分，將會繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，并在一定程度上加強錨定液晶微滴的力，再斷電時液晶分子無法回到最初的紊亂狀態(tài)，從而使PDLC膜遮蔽性變差，0V平行光透過率明顯變大。因此，通電UV輻照試驗可以較快驗證PDLC膜片耐UV輻照性能，試驗后變化率越小，說明膜片耐UV輻照性能越好。

為了迅速判斷上述5組試樣耐UV輻照性能，本文進(jìn)行了100h通電UV輻照試驗，即上述5組試樣裸膜均處于48V通電狀態(tài)下，將其置于中心波長為365nm且中心UV光強為50mW/cm2的條件下連續(xù)輻照100h。100h后再測試試樣性能，并與試驗前樣品進(jìn)行性能比較，重點比較0V的平行光透過率。1#～5#樣品試驗前、后斷電0V狀態(tài)下的平行光透過率變化見表3。

從表3可以看出，未添加光穩(wěn)定劑的1#樣品試驗前0V平行光透過率為2.9%，試驗后0V平行光透過率為3.45%，變化率達(dá)18.97%。光穩(wěn)定劑添加比例為0.5%的2#樣品試驗前0V平行光透過率為3.2%，試驗后0V平行光透過率為3.55%，變化率達(dá)10.94%，相對1#樣品變化率有所下降。光穩(wěn)定劑添加比例為1%的3＃樣品試驗前0V平行光透過率為3.1％，試驗后0V平行光透過率為3.30%，變化率為6.45%，樣品變化率進(jìn)一步下降。光穩(wěn)定劑添加比例為2％的4#樣品試驗前0V平行光透過率為3.3%，試驗后0V平行光透過率為3.40%，變化率為3.03%，樣品變化率進(jìn)一步下降，是所有樣品變化率最小的。光穩(wěn)定劑添加比例為5%的5#樣品試驗前0V平行光透過率為3.8%，遮蔽性已經(jīng)相對較差，試驗后0V平行光透過率為8.38%，變化率為120.53%，雖然光穩(wěn)定劑添加比例最多，但是變化率最大，性能反而最差。綜上所述，1#～5#試樣試驗前、后，平行光透過率變化率先變小、再變大，其中4#試樣的變化率最小，5#試樣變化率最大。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 光穩(wěn)定劑比例對液晶調(diào)光膜光電特性的影響

本文結(jié)合興業(yè)新材料公司試驗用PDLC材料特性，選用了巴斯夫249光穩(wěn)定劑。249光穩(wěn)定劑為受阻胺光穩(wěn)定劑，作用機理包括捕獲自由基、分解過氧化物和猝滅單線態(tài)氧。249光穩(wěn)定劑本身不吸收任何＞260nm的光線，也不能猝滅激發(fā)態(tài)分子。但在氧存在下，受阻胺能被氧化生成相應(yīng)的氮氧自由基。這種化合物相當(dāng)穩(wěn)定，能有效捕獲聚合物光氧化降解產(chǎn)生的活性自由基，而且在穩(wěn)定過程中具有再生功能，這種再生功能是其有別于其他穩(wěn)定劑的最大特征。

將上述5組試樣通過輥涂的方式將PDLC材料夾在2層ITO膜間，然后采用紫外光生成聚合反應(yīng)，并進(jìn)行固化，使聚合物和液晶混合物的均勻相體系產(chǎn)生相分離，形成液晶微粒，分散在聚合物連續(xù)相中。由于液態(tài)PDLC材料夾在2層ITO間并進(jìn)行固化，較少接觸空氣中的氧氣，因此不會出現(xiàn)氧氣逐漸擴(kuò)散在涂膜中，與自由基聚合反應(yīng)競爭消耗自由基，導(dǎo)致膠水固化不充分的氧阻聚現(xiàn)象。從表2可以看出，當(dāng)249光穩(wěn)定劑比例為0.5%、1%和2%時，液晶調(diào)光膜的光電特性與未添加光穩(wěn)定劑的試樣相比沒有明顯變化，各項性能均滿足要求，并且各項性能相差較少，說明2%以內(nèi)的249光穩(wěn)定劑對固化沒有明顯影響。當(dāng)249光穩(wěn)定劑比例為5%時，光電性能有明顯變化，關(guān)態(tài)霧度急劇下降，開態(tài)霧度有大幅度提升，飽和電壓明顯上升。主要原因是過大的249光穩(wěn)定劑量會吸收一部分紫外線，使引起固化的有效光線減少，導(dǎo)致固化效率降低。同等固化條件下，液晶析出速度大于聚合物的聚合速度，使液晶析出與聚合物固化存在明顯不平衡，從而整體性能明顯變差。

在PDLC材料中加入光穩(wěn)定劑是為了提高其耐候性和穩(wěn)定性，但光穩(wěn)定劑加入過多可能會對固化性能產(chǎn)生一定影響。因此，加入光穩(wěn)定劑時，需要根據(jù)PDLC材料中膠黏劑的具體用途和配方要求，適量添加光穩(wěn)定劑，并進(jìn)行相應(yīng)的試驗驗證，以確保其對固化性能的影響最小。同時，需要選用與PDLC材料相匹配的光穩(wěn)定劑，以確保其有效性。

3.2 光穩(wěn)定劑對調(diào)光膜耐輻照性能的影響

從表3可以看出，進(jìn)行100h的持續(xù)通電UV輻照后，2#，3#和4#試樣比1#試樣平行光透過率變化值均有所降低，4#樣品性能相對最好，說明加入一定比例的249光穩(wěn)定劑后，能有效改進(jìn)通電UV輻照性能。在未添加光穩(wěn)定劑的1#樣品進(jìn)行100h通電UV輻照過程中，PDLC材料會吸收紫外線能量，由于高分子材料不可能100%固化，因此可能會繼續(xù)反生反應(yīng)。在PDLC膜通電狀態(tài)下，液晶微滴處于“站立”的狀態(tài)，如果繼續(xù)反生反應(yīng)，聚合物對通電狀態(tài)下的液晶分子就有一錨定力，這個力會減弱斷電時聚合物與液晶的錨定力，使液晶分子在斷電狀態(tài)下不能回到最初雜亂分布的狀態(tài)，仍有一定方向性，從而出現(xiàn)遮蔽性變差、平行光透過率變大的現(xiàn)象。加入249光穩(wěn)定劑后，在氧存在的條件下，受阻胺能被氧化生成相應(yīng)的氮氧自由基。這種化合物相當(dāng)穩(wěn)定，能有效捕獲聚合物光氧化降解產(chǎn)生的活性自由基，從而抑制聚合物的降解并減緩反應(yīng)。因此在通電狀態(tài)下進(jìn)行UV輻照試驗，2#、3#和4#試樣平行光透過率的變化率比1#試樣變化率有所降低，并且隨著249光穩(wěn)定劑量增大，受阻胺能被氧化生成更多的氮氧自由基，并有效捕獲更多聚合物光氧化降解產(chǎn)生的活性自由基，從而更多地抑制聚合物的降解并減緩反應(yīng)。因此平行光透過率變化率逐漸降低，耐通電UV輻照性能增加。相對而言，4#試樣的平行光透過率變化率最低，只有3.03%，耐通電UV輻照性能最優(yōu)。

5#試樣進(jìn)行100h的持續(xù)通電UV輻照后，平行光透過率變化值最大，比未添加光穩(wěn)定劑的1#樣品大得較多。從前期試驗可以看出，5#樣品固化效果相對較差，未固化充分。通常未固化充分的高分子材料的耐UV輻照性能會更差，主要原因是未固化充分的高分子材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的自由基、雙鍵等不穩(wěn)定基團(tuán)較多，這些基團(tuán)在受到輻射時容易發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致材料性能劣化。此外，未固化充分的高分子材料中的分子鏈活動性也較高，容易發(fā)生交聯(lián)或斷裂等反應(yīng)。在UV輻射環(huán)境下，這些反應(yīng)會更劇烈，導(dǎo)致材料的性能迅速下降，這也是5#樣品在后續(xù)老化測試中，平行光透過率的變化率最大，耐UV輻照性能最差的主要原因。因此，為了提高調(diào)光膜產(chǎn)品高分子材料的耐輻照性，需要對其充分進(jìn)行固化處理，使分子鏈活動性降低，穩(wěn)定基團(tuán)數(shù)量減少。

綜上所述，在上述PDLC材料中加入適當(dāng)比例的249光穩(wěn)定劑對100h持續(xù)通電UV輻照性能有一定提升，其表現(xiàn)為0V狀態(tài)下平行光透過率的變化率呈下降狀態(tài)，隨著比例加大，0V狀態(tài)下平行光透過率的變化率進(jìn)一步降低，耐通電UV輻照性能進(jìn)一步提升，直到達(dá)到最優(yōu)比例，如果再進(jìn)一步加大比例，就會影響PDLC材料的固化，從而造成固化不充分，不僅不能提升耐通電UV輻照性能，反而會使各項性能進(jìn)一步劣化。

4 結(jié)論

PDLC薄膜產(chǎn)品的核心材料之一為高分子材料，高分子材料長期暴露在太陽光下，會導(dǎo)致聚合物降解，PDLC薄膜性能下降。本文在興業(yè)新材料公司試驗PDLC材料中加入了不同比例的249光穩(wěn)定劑，發(fā)現(xiàn)加入0.5%、1%和2%的249光穩(wěn)定劑后，能改進(jìn)通電UV輻照性能，并且比例為2%的改進(jìn)效果最佳，不僅不影響生產(chǎn)固化工藝，各項性能也均滿足要求，還提升了耐通電UV輻照性能。當(dāng)249光穩(wěn)定劑比例為5%時，試樣通斷電霧度、平行光透過率以及飽和電壓均不滿足要求，與要求相差較大，工作溫度范圍也變窄，說明加入5%比例的249光穩(wěn)定劑會導(dǎo)致試樣固化效果較差，從而使基礎(chǔ)性能和老化性能都出現(xiàn)劣化。

眾所周知，高分子材料容易老化，為了增強高分子材料的抗光老化能力或延緩光老化過程，應(yīng)根據(jù)PDLC薄膜高分子的光老化和熱老化機理[5-7]，在高分子材料固化前加入光穩(wěn)定劑，從而提升PDLC薄膜的耐輻照性能。本文只在PDLC材料中添加了一種光穩(wěn)定劑，為了進(jìn)一步提升PDLC耐UV或耐氙燈輻照性能，可以結(jié)合PDLC具體材料特性，選用多種光穩(wěn)定劑[8-9]以產(chǎn)生協(xié)同作用，并通過試驗找到最佳配比，從而提升耐輻照性能。

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