專利名稱：用于形成懸浮顆粒裝置用薄膜的乳化劑及提高懸浮顆粒裝置乳液和薄膜特性的方法
技術領域：
本發(fā)明一般是關于懸浮顆粒裝置(suspended particle device, SPD)光閥，并且關于該懸浮顆粒裝置光閥乳液以及由該乳液形成的薄膜。本發(fā)明具體是關于(1)加入到SPD乳液中以提高乳液的穩(wěn)定性和/或由該乳液所形成的SPD薄膜性能特征的乳化劑，以及(2)通過使用根據(jù)本發(fā)明的乳化劑提高在形成用于制備此薄膜的乳液的過程中的SPD乳液穩(wěn)定性和/或由該乳液制得的SPD薄膜性能特征的方法。
背景技術：
光閥的調(diào)光功能已經(jīng)為人們了解了七十多年了，因而在本領域中也知曉。在此所用“光閥”定義成由之間有一小段距離隔開的兩壁形成的單元，至少一個膜壁透明，這些膜壁上通常具有導電透明涂覆形式的電極。此單元包括調(diào)光元件，該調(diào)光元件可以是顆粒液體懸浮物，或者優(yōu)選是其中分布有顆粒液體懸浮物小滴的塑料薄膜。此液體懸浮物(有時本文中稱為“液體光閥懸浮物”或只是“光閥懸浮物”)含有懸浮在液體懸浮介質(zhì)中的小顆粒。沒有施加電場時，由于布朗運動，液體懸浮物中的顆粒認為是隨機分布的。因此，取決于此單元結(jié)構、顆粒性質(zhì)和濃度以及此光的能含量，通過此單元的光束被反射、傳遞或吸收。因此，在關閉狀態(tài)下光閥通常相對較暗。然而，當通過對光閥中液體光閥懸浮物施加電場時，顆粒排成行，而且對于很多懸浮物，大部分光都能穿過該單元。因此，在開通狀態(tài)下光閥是相對透明的。這里描述的此類型光閥也被稱為“懸浮顆粒裝置”或“ SPD ”。已經(jīng)提出光閥可以用于許多應用中，包括但不限于例如α數(shù)字電視顯示器、視窗、天窗、遮陽板、過濾器、玩具、裝飾物、鏡子、眼鏡等，以控制由此通過或反射的光量。對于很多應用，如本領域中將要詳細了解的，對于將要被活化的材料，即光調(diào)節(jié)元件，或“可活化材料”，優(yōu)選為塑料膜而不是液體懸浮物。例如，在用做可變光傳送視窗的光閥中，其中分布有液體懸浮物小液滴的塑料膜優(yōu)于液體懸浮物本身，因為液體靜壓作用，例如，與液體懸浮物高柱狀物相關的凸起通過使用薄膜能夠被避免，可能的泄露危險也能被避免。使用塑料薄膜的另一個優(yōu)點是，顆粒在塑料薄膜中一般以非常小的小滴的形式存在，因此，用電壓反復活化此薄膜時聚集并不很明顯。這里使用的術語“光閥薄膜”指的是在膜中分布有液體懸浮物小滴的薄膜。美國專利號US 5409734例示了一種均勻溶液析相作用制得的光閥薄膜。也已知交聯(lián)乳液形成的光閥薄膜。參見美國專利號US 5463491和USM63492，上述兩項專利均轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，其內(nèi)容一并引入本說明書中作為參考。為了闡述本發(fā)明，下面是代表性光閥懸浮物成分的簡單描述。1.液體懸浮介質(zhì)和穩(wěn)定劑用于本發(fā)明的液體光閥懸浮物可以是本領域公知的任何液體光閥懸浮物，可以根據(jù)本領域技術人員公知的技術形成。如上所述，術語“液體光閥懸浮物”是指其中分散有大量小顆粒的“液體懸浮介質(zhì)”。此“液體懸浮介質(zhì)”含有一個或更多非水抗電液體，其中優(yōu)選溶解在至少一種聚合穩(wěn)定劑中，所述穩(wěn)定劑起減少顆粒聚集并保持它們分散和處于懸浮物中的作用。本發(fā)明中有用的液體光閥懸浮物可以包括前面提出的用于光閥中使顆粒懸浮的任意液體懸浮介質(zhì)。本發(fā)明有用的本領域公知的液體懸浮介質(zhì)包括但不限于美國專利號US 4M7175和4407565公開的液體懸浮介質(zhì)，上述專利在此一并引入作為參考。一般地，選擇液體懸浮介質(zhì)或溶解在其中的聚合物穩(wěn)定劑中之一或之二，以維持重力平衡中的懸浮顆粒。使用時，此聚合物穩(wěn)定劑，可能只是結(jié)合到顆粒表面但是也溶解在一種或更多種非水液體或是液體懸浮介質(zhì)液體中的一種固體聚合物?；蛘?，兩種或更多種固體聚合物穩(wěn)定劑可以作為聚合物穩(wěn)定劑體系。例如，這些顆粒可能被第一種固體聚合物穩(wěn)定劑如硝化纖維包覆，從而為顆粒有效提供了平面表面包覆層。這些包覆的顆粒隨后被另外的一種或多種結(jié)合到或者與所述第一種固體聚合物穩(wěn)定劑相關并且也溶解于液體懸浮介質(zhì)中的聚合物穩(wěn)定劑再次包覆，為這些顆粒提供分散和位阻保護作用。特別是在SPD光閥薄膜上，液體聚合物穩(wěn)定劑也可有利地使用，如上述美國專利號US 5463492中提到的。上面三段描述的這些聚合物穩(wěn)定劑局限于液體懸浮物，用來降低顆粒凝聚趨勢與保持顆粒分散和懸浮。然而，這些聚合物穩(wěn)定劑不應該和本發(fā)明的乳化劑相混淆，如以下公開和討論的，本發(fā)明的乳化劑是有完全不同目的的不同類型的聚合物穩(wěn)定劑。2.顆粒無機顆粒和有機顆?？梢杂糜诠忾y懸浮物中，而且這些顆?？梢晕饣蛘叻垂狻Ｒ驗橛写罅筷P于多鹵化物顆粒用于SPD液體懸浮物中的現(xiàn)有技術知識，雖然本發(fā)明中可以使用很多類型的顆粒，SPD光閥通常使用膠態(tài)尺寸不等軸多鹵化物顆粒。在此所用術語“膠態(tài)”表示這些顆粒通常最大尺度(dimension)平均大約1微米或更小。優(yōu)選情況下，用于光閥懸浮物的絕大多數(shù)顆粒最大尺度應該小于藍光波長的一半，即，2000?；蚋?，使光散射極低。此處所用涉及顆粒形狀的術語“不等軸”，表示至少顆粒的一個尺度大于另一個尺度，例如，顆粒長度大于它的寬度或可能情況下它的直徑。如上面所提，優(yōu)選使用塑料薄膜作為能活化的材料，S卩，SPD光閥光調(diào)節(jié)單元。在優(yōu)選類型SPD膜中，尺寸非常小的液體懸浮物液滴分布在交聯(lián)聚合物基質(zhì)中。這種薄膜由乳液形成，其中該乳液含有(1)交聯(lián)液體基質(zhì)聚合物；( 不能與交聯(lián)液體基質(zhì)聚合物混合的液體懸浮物液滴；和C3)有效量的光引發(fā)劑。根據(jù)基質(zhì)聚合物，能通過各種方式來完成這些乳液的交聯(lián)(即固化)，例如，通過對乳液加熱，或者電子束照射或紫外線照射。如果使用光固化，使用催化劑而不是光引發(fā)劑。為了避免迷惑，增強對本發(fā)明的理解，后面僅根據(jù)通過紫外線照射交聯(lián)乳液討論發(fā)明，如上面所啟示，明白各種其它交聯(lián)技術都能被采用。
SPD乳液和SPD薄膜的先進類型和制作方法在美國專利號690092!3Β2 (Chakrapani等人)中揭示，該文獻在此一并引入作為參考。該Chakrapani等人的專利揭示由乳液形成的SPD薄膜，所述乳液含有(1)基質(zhì)聚合物，包括聚(聯(lián)苯二甲基硅氧烷)和可交聯(lián)單體例如3-丙酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷；(2)含有涂覆有硝酸纖維聚合物并分散在聚合物液體如聚(甲基丙烯酸月桂酯)中的多碘化合物顆粒的液體懸浮物；和⑶光引發(fā)劑，例如，IrgaCure819(得自CIBA Specialty Chemicals)。當通過紫外線照射乳液層而使基質(zhì)交聯(lián)時，SPD薄膜形成。Chakrapani等人的專利揭示的其他某些非聚合物液體可以作為部分液體懸浮物選擇使用。制備涂覆有硝酸纖維聚合物且能夠分散在任何合適的液體懸浮介質(zhì)例如但并不限于液態(tài)酯如聚(異丁烯酸月桂酯)中的膠態(tài)多鹵化物顆粒的方法已為本領域所公知。對此沒有限制，參看發(fā)明名稱為“制備光極性顆粒的方法”、轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利5516463，并在此引入作為參考。迄今，還沒有發(fā)現(xiàn)如果將乳液涂覆到基材上后快速將混合很好的乳液固化，需要使用單獨的乳化劑來制備合理穩(wěn)定的SPD乳液。然而，因為這里揭示的理由，優(yōu)選為液體(但有時候凝膠或固體)物質(zhì)的乳化劑可以有利地用于SPD乳液中。乳化劑的第一部分或鏈段通常在乳液的第一相中可溶但在乳液的第二相中不可溶，此乳化劑的第二部分或鏈段通常有與所述材料的所述第一部分相反的溶解性。由于這些溶解性，乳化劑有利于使乳液的不能混合的兩相彼此更相容，具有穩(wěn)定乳液的作用。然而，如后面更詳細揭示的，如果部分材料具有與本發(fā)明乳化劑部分一致的恰當特性，該材料仍可能令人滿意地用作乳化劑，即使它的溶解性與本段所描述的有某種程度的不同。發(fā)明人已經(jīng)觀察到，如果沒有足夠快地涂覆或固化混合很好的粘度相對較低的乳液，對于沒有固化的SPD液滴隨時間會趨于聚集形成更大直徑的液滴。雖然液滴的聚集可能在更高粘度發(fā)生，但是如果乳液的粘度相對較低，例如，在25°C為5000厘泊或更小，這樣的聚集發(fā)生更快。通過提高或降低一個或多個乳液中使用的聚合物的分子量可以影響乳液的粘度。而且，為了批量生產(chǎn)中涂覆薄膜，有時希望降低正涂覆到在移動網(wǎng)上的基材上的未固化乳液的粘度，例如，通過加熱乳液，這樣將降低乳液粘度，從而加快顆粒結(jié)合的進程。在移動網(wǎng)上批量生產(chǎn)SPD薄膜的方法本身也可能消耗大量的時間，這使得固化發(fā)生之前可能給顆粒更多的時間聚集生長。如果固化之前將第二透明導電-涂覆基材應用于在相對透明導電-涂覆基材上涂覆的未固化乳液，則發(fā)生顆粒的快速聚集。發(fā)明者也已經(jīng)注意到，一般來說，含有相對小平均尺寸的液滴如直徑為1-2. 5微米的液滴的別的相同的SPD薄膜，當用相同電壓和頻率活化時，與含有較大平均尺寸的液滴如直徑為12. 5微米或更大的SPD薄膜相比，具有更優(yōu)越的性能特征。特別是，含有相對小平均尺寸液滴的薄膜顯示比含有相對大平均尺寸液滴的薄膜明顯更低(或暗)的關閉狀態(tài)透光性、更大透光光范圍和更低開通狀態(tài)霧度。因此，非常希望擁有即使在提高的溫度里也能延緩液滴聚集的乳化劑。轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利號M63492中，揭示了一種SPD液體基質(zhì)聚合物和它合成的方法，其中所述聚合物含有(1)在液滴的液體懸浮介質(zhì)中不可溶的主鏈和(2)在液體懸浮介質(zhì)中可溶的側(cè)鏈聚合基團。由于它的結(jié)構，液體基質(zhì)聚合物是指美國專利號5463492第十欄中的“可交聯(lián)共聚物乳液”。第十欄11_12行指出，作為它所要求的優(yōu)點之一，“因此，可交聯(lián)共聚合物乳化劑不需要使用單獨的乳化劑。
然而本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可交聯(lián)共聚乳化劑也有一些嚴重的缺點。合成或獲得是很困難且昂貴的。它的存放期也很短。如果共聚物降解，則不能用。而且，它限制了使用多少乳化劑的靈活性，相反，如果使用單獨的非交聯(lián)乳化劑穩(wěn)定乳液，則能避免這個問題。因此長期感覺需要一種能夠穩(wěn)定上面美國專利號690092;3B2中提到的此類型乳液的適當單獨的乳化劑。根據(jù)本發(fā)明的此乳化劑很好地滿足這個需求，沒有遇到上面討論的現(xiàn)有技術乳化劑帶有的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
在一種實施方式中，本發(fā)明針對一種單獨的改進的用于形成在懸浮顆粒裝置中適合使用的薄膜的乳化劑，該薄膜含有其中分布有很多液體光閥懸浮液滴的交聯(lián)基質(zhì)聚合物。乳化劑由含有至少第一鏈段或部分和第二鏈段或部分的共聚物材料形成，其中所述鏈段在它們的化學親合性、它們的組成和它們的極性中的至少一者上彼此不相同。第一鏈段在用來形成薄膜的未固化液體基質(zhì)聚合物中是可溶的，但是在其中分散有液滴的液體懸浮介質(zhì)中不可溶。第二鏈段在其中分散有液滴的液體懸浮介質(zhì)中是可溶的，但在未固化液體基質(zhì)聚合物中不可溶。第一鏈段和第二鏈段具有基本相同的折光指數(shù)，其中各所述鏈段的折光指數(shù)為在用本發(fā)明的乳化劑形成的乳液的各相的折光指數(shù)的0.010倍之內(nèi)。在一種實施方式中，第一鏈段含有選自由直鏈有機硅氧烷、支鏈有機硅氧烷、直鏈烷基、支鏈烷基、直鏈氟烷基和支鏈氟烷基組成的組中的物質(zhì)。接下來，第二鏈段含有選自由直鏈酯、支鏈酯、直鏈(甲基)丙烯酸酯、支鏈(甲基)丙烯酸酯、直鏈酰胺、支鏈酰胺、直鏈胺、支鏈胺、直鏈環(huán)氧基、支鏈環(huán)氧基、含有羥基或酸基的直鏈基團和含有羥基或酸基的支鏈基團組成的組中的物質(zhì)。調(diào)整乳化劑以通過延緩液滴在成膜時的生長，來基本防止液體光閥懸浮物液滴聚集。在另一種實施方式中，本發(fā)明針對用于形成懸浮顆粒裝置中所含薄膜的乳化劑，其中該乳化劑由下式I表示
權利要求
1.一種形成懸浮顆粒裝置用薄膜的乳化劑，所述薄膜含有其中分布有多個液體光閥懸浮物液滴的交聯(lián)基質(zhì)聚合物，所述乳化劑由含有至少第一鏈段和第二鏈段的共聚物材料形成，所述鏈段在它們的化學親合性、它們的組成和它們的極性中的至少一者上彼此不同，其中所述鏈段的第一鏈段在用來形成薄膜的未固化液體基質(zhì)聚合物中是可溶的，但是在分散所述液滴的液體懸浮介質(zhì)中不可溶；所述鏈段的第二鏈段在分散所述液滴的液體懸浮介質(zhì)中是可溶的，而在未固化液體基質(zhì)聚合物中不可溶；其中所述第一鏈段和第二鏈段具有基本相同的折光指數(shù)，并且其中所述鏈段的折光指數(shù)在由所述乳化劑形成的乳液的各相的折光指數(shù)的0.010倍之內(nèi)，所述第一鏈段含有選自由直鏈有機硅氧烷、支鏈有機硅氧烷、直鏈烷基、支鏈烷基、直鏈氟烷基和支鏈氟烷基所組成的組中的物質(zhì)，并且所述第二鏈段含有選自由直鏈酯、支鏈酯、直鏈(甲基)丙烯酸酯、支鏈(甲基)丙烯酸酯、直鏈酰胺、支鏈酰胺、直鏈胺、支鏈胺、直鏈環(huán)氧基、支鏈環(huán)氧基、含有羥基或酸基的直鏈基團以及含有羥基或酸基的支鏈基團所組成的組中的物質(zhì)，其中調(diào)整所述乳化劑以通過延緩所述液滴的生長來基本防止形成所述薄膜期間液體光閥懸浮物液滴的聚集。
2.根據(jù)權利要求1所述的乳化劑，其中，當所述乳化劑與所述液體單獨混合時，作為整體的所述乳化劑在所述液體基質(zhì)聚合物中基本是可溶的，而在所述液體懸浮介質(zhì)中基本不可溶。
3.根據(jù)權利要求1所述的乳化劑，其中，當所述乳化劑與所述液體單獨混合時，作為整體的所述乳化劑在所述液體懸浮介質(zhì)中基本是可溶的，而在所述液體基質(zhì)聚合物中基本不可溶。
4.根據(jù)權利要求1所述的乳化劑，其中，當所述乳化劑與所述液體單獨混合時，作為整體的所述乳化劑在所述液體基質(zhì)聚合物中和在所述液體懸浮介質(zhì)中基本都是可溶的。
5.根據(jù)權利要求1所述的乳化劑，其中，當所述乳化劑與所述液體單獨混合時，作為整體的所述乳化劑在所述液體基質(zhì)聚合物中和在所述液體懸浮介質(zhì)中基本都不可溶。
6.根據(jù)權利要求1所述的乳化劑，其中，相對于所述第二鏈段，所述第一鏈段為低極性的，并且相對于所述第一鏈段，所述第二鏈段為相對極性的。
7.根據(jù)權利要求1所述的乳化劑，其中，所述第一鏈段和所述第二鏈段的折光指數(shù)在由所述乳化劑形成的乳液的各相的折光指數(shù)的0. 005倍之內(nèi)。
8.根據(jù)權利要求7所述的乳化劑，其中，各個鏈段的所述折光指數(shù)在由所述乳化劑形成的乳液的各相的折光指數(shù)的0. 002倍之內(nèi)。
9.一種用于形成懸浮顆粒裝置用薄膜的乳化劑，所述乳化劑由下式I表示
10.根據(jù)權利要求9所述的乳化劑，其中，所述烷基(甲基)丙烯酸酯聚合鏈段包括(甲基丙烯酸月桂酯-HEMA)共聚物。
11.根據(jù)權利要求1所述的乳化劑，其中，所述乳化劑共聚物的一個鏈段含有具有側(cè)苯基的聚有機硅氧烷聚合物，以獲得25°c時的折光指數(shù)在1. 4630-1. 4800范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權利要求11所述的乳化劑，其中，所述聚有機硅氧烷在所述乳化劑中的重量百分比在約35-65重量％范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權利要求1所述的乳化劑，其中，所述乳化劑共聚物的一個鏈段含有在聚(甲基丙烯酸月桂酯)中可溶的(甲基)丙烯酸酯，所述(甲基)丙烯酸酯的分子量為1500-6000道爾頓，所述(甲基)丙烯酸酯的折光指數(shù)使所述乳化劑的折光指數(shù)為1. 4730 士 0. 005。
14.根據(jù)權利要求13所述的乳化劑，其中，所述乳化劑中的(甲基)丙烯酸酯鏈段在所述乳化劑中的存在量為約35-65重量％。
15.根據(jù)權利要求13所述的乳化劑，其中，所述(甲基)丙烯酸酯鏈段含有選自由C6或更高烷基(甲基)丙烯酸酯的均聚物以及C6或更高烷基(甲基)丙烯酸酯與甲基丙烯酸2-羥乙酯的共聚物組成的組中的物質(zhì)。
16.一種提高用于形成懸浮顆粒裝置用薄膜的乳液的穩(wěn)定性的方法，該方法包括使用根據(jù)權利要求1所述的乳化劑來形成所述乳液。
17.一種降低用于形成懸浮顆粒裝置用薄膜的乳液中液體懸浮介質(zhì)液滴的聚集的方法，該方法包括使用根據(jù)權利要求1所述的乳化劑來形成所述薄膜。
18.一種提高懸浮顆粒裝置用薄膜性能特征的方法，該方法包括使用根據(jù)權利要求1所述的乳化劑來形成所述薄膜。
全文摘要
用于形成懸浮顆粒裝置用薄膜的乳化劑及提高用于形成懸浮顆粒裝置用薄膜的乳液的穩(wěn)定性的方法和降低用于形成懸浮顆粒裝置用薄膜的乳液中液體懸浮介質(zhì)液滴的聚集的方法以及提高懸浮顆粒裝置用薄膜性能特征的方法，其中所述薄膜含有其中分布有許多液體光閥懸浮物液滴的交聯(lián)基質(zhì)聚合物。所述乳化劑由含有至少第一鏈段和第二鏈段的共聚物材料形成，所述鏈段在它們的化學親合性、它們的組成和它們的極性中的至少一者上彼此不同。調(diào)整乳化劑以通過延緩液滴的生長來基本防止形成薄膜期間液體光閥懸浮物液滴聚集。
文檔編號C08J3/02GK102558585SQ201110351450
公開日2012年7月11日 申請日期2006年6月21日 優(yōu)先權日2005年7月8日
發(fā)明者R·L·薩克斯, S·M·斯洛瓦克, S·查克拉帕尼 申請人:尖端研究公司