新型光致变色智能薄膜技术研究报告.doc

新型光致变色智能薄膜技术研究报告
一、应用背景
最近几年，光致变色材料在高分子领域的应用引起了极大的关注，比如光致变色薄膜，因其具有变色、调光、调热等动态可调性，可广泛适用于汽车、建筑、航天飞机、轮船及防伪包装等领域，由于使用量在不断地增加，因而变色膜的需求迅速增长，存在巨大的潜在市场。
目前，汽车贴膜在中国的普及于2009-2010这样一个以“环保、低碳”为主旋律的年份，得到了进一步的推广。而这种市场扩容不仅仅体现在中国汽车变色贴膜市场销售额的增长上，更体现在其注册品牌数量的激增上。中国汽车产业的腾飞为汽车变色贴膜领域的高增长铺好了路，同时也为生产商留下了足够大的“作为”空间。作为汽车后市场中的重要分支，中国汽车变色薄膜产业的高速发展与中国私家车数量的迅猛增长有着必然的联系。由中国汽车工业协会正式发布的汽车产销数据显示，2009年中国汽车共生产1379.10万辆，销售1364.48万辆，同比分别增长48.30%和46.15%。09年汽车产销的大幅增长，使得中国首次正式超越美国，成为全球第一大新车市场。另外，根据新华信2009年的预测报告预计，2010年乘用车销量将达1132.81万辆，同比增长15.2%；商用车销量达379.67万辆，同比增长15.3%。相关专家认为，2010年，汽车市场增速将有所放缓，预计全年销量1512.5万辆，同比增长15.2%。作为中国几代人购车梦想全面释放的几年，可以说，中国汽车市场的繁荣为中国汽车变色贴膜的高速发展提供了极为开放式的发展空间。
自2009年开始，频繁出现的极端天气将人已经在觉醒的环保意识进一步加固，加之政府对环保、节能企业的扶植，媒体对环保、碳理念的推广，中国消费者对于环保、节能产品的需求正日益增强。低碳经济作为一种以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，在全球共应对气候变化的背景下应运而生，并被专家认为是一场涉及生产方式、生活方和价值观念的全球性革命。近几年，汽车变色贴膜以一种环保、节能的形象已经渐被大众认可。与此同时，中国国家节能减排相关部门也明确指出，汽车应该择变色隔热太阳膜，从而达到节能保温，减少和降低汽车空调的使用，从而进一达到低碳排放的标准，并节省油耗。由此可以预计，全球节能风潮的影响、高天气的增多附加中国消费者对于安全、节能产品需求的日益增强，必将会使中国汽车变色贴膜市场发展环境依然保持明朗。
目前虽已有类似产品进入市场，但本项目研究的新型光致变色智能薄膜，因具有变色调光调温调热的独特性能，可以大大提高变色智能薄膜的变色性能，使其在变色效率、光学对比度、使用寿命等诸方面都得到显著提高，并且还具有很大的提升空间，是变色智能薄膜的进一步商业开发及应用的一个很好的途径。可以预测，新型光致变色智能薄膜的开发研究将会是高分子薄膜应用研究的热点，仍具有广泛的市场前景。
二、研究内容
1、变色膜工作原理
新型光致变色智能薄膜是具有动态调节作用的新一代节能材料，是用具有变色可逆性连续可调性的光致变色材料与高分子树脂基材制成的复合薄膜。当作用在变色薄膜上的光强、光谱组成、温度、热量等发生变化时，薄膜上的光学性能将发生相应的变化，从而使薄膜在部分或全部太阳能的光谱范围内，从一个高透光状态变为部分反射或吸收态。随着光强或热量大小的不同，变色薄膜中的光致变色材料会发生相应的氧化还原反应即发生着色和消色反应，随着着色和消色程度的不同，变色薄膜的透过率、吸收率和反射率发生变化，因此变色薄膜可以动态地控制穿透薄膜的能量，具有变色调光调温调热的功能。
普通薄膜在可见光区(390～770nm)几乎没有吸收，大部分光都能透过，在近红外光区也基本上是透明的，在紫外( < 350nm)及中红外光区( > 3000nm)吸收增加。而本项目研究的新型光致变色智能薄膜在透明状态时，小于某一波长的光都能透过。随着着色的发生，透过边向短波方向移动，透过率减少，反射率增大。着色程度不同，透过边可以连续变化，随着透过边位置的不同，可反射掉某一波长范围内的光。也就是说，由于透过率可调，可实现其调光功能，同时由于反射率可调，也可以实现其调温调热功能(控制外部热量进入)的独特功能。
2、研究内容
光致变色现象是指物质在适当波长的光照射下颜色发生可逆变化的现象，这种颜色的变化可以在去掉激发光或换用另一种不同波长的光照射时在室温下自然恢复，或者在升高温度的条件下可以被热复原，可看作是一种可逆的化学反应。目前传统的有机光致变色材料和无机光致变色材料虽都具有光学非线性系数高、透光率高、易加工成型等优点，但因热稳定性和机械性能较差以及光损耗大等原因，使其应用受到极大限制。与有机光致变色材料相比，无机光致变色材料则有高硬度、高模量和高温使用极限高等优点，但不易加工成型。而杂化材料作为新型的光致变色材料，在紫外光照射下，可以通过氢键构建的电荷转移机理而发生相应的光还原反应，从而克服了其他光致变色材料存在的缺点而完全满足光变色领域的要求。
新型光致变色智能膜的核心技术是选用杂化结构的光致变色染料与高分子树脂为主体原料，采用Slot Die涂布的复合方法设计制备一系列含杂多化合物的各具特色的复合薄膜。利用透射电子显微镜、原子力显微镜、核磁共振和红外分光度计等表征手段研究这些复合薄膜的微结构及表面形貌，并利用紫外-可见吸收光谱、电子自旋共振光谱等测试手段系统地研究了复合膜的光致变色性质及其可能机理。项目主要研究内容为：
（1）研究光致变色染料的结构和高分子树脂基材的种类，确定具有高稳定结构、光致变色现象明显的制备工艺；
（2）研究反应组分配比、反应温度及时间、涂布复合工艺参数等对新型光致变色薄膜的结构组成和表观质量的影响，确定最优参数，提高涂层物性指标；
（3）研究光谱组成、紫外光强度及光照时间等技术参数对变色薄膜的透过率、吸收率、反射率、着色效率和消色过程的褪色率等变色性能及机理的影响；
三、技术指标
产品技术指标如表2所示：
表2 技术指标
项目
指标
厚度
总厚度(μm)
≥60
基板厚度(μm)
≥40
光学性能
雾度(%)
≥90
辉度(%)
≥100
UV 阻隔率（%）
≥99
热性能
热收缩率(%)
(150℃ 30min)
MD
≤0.6
TD
≤0.3
热膨胀 (cm/cm·℃)
(150℃ 30min)
MD
≤2.0×10-5
TD
≤1.5×10-5
力学性能
强度(MPa)
MD
≥100
TD
≥150
伸长率(%)
MD
≥65
TD
≥60

四、关键技术
1、选用杂化材料作为新型的光致变色材料，光学非线性系数高、透光率高、高温使用极限高、易加工成型等优点，克服了传统光致变色材料存在的热稳定性和机械性能较差以及光损耗大等缺点。
2、在紫外光照射下，杂化光致变色材料可以通过氢键构建的电荷转移机理而发生相应的光还原反应，完全满足变色膜光变色领域的要求。
3、采用国际先进的UV光固化技术，克服了传统热固化工艺存在的固化速度慢、涂层性能较差、溶剂排放等问题。
五、时间及进度安排
项目时间安排如下：
工作进度
主要工作内容
2011年10月至2011年11月
项目技术和市场调研分析
2011年12月至2012年2月
1.光致变色材料及高分子树脂基材的确立；
2.变色膜结构参数的研究、设计及确立；
3.主要测试设备购置和UV固化装置改造；
2012年3月至2012年7月
1.光致变色材料与高分子树脂的实验配比技术研究；
2.实验试样系列的表征及性能测试；
3.UV固化工艺技术研究，确定优化工艺参数；
4.涂布工艺流程及工艺参数确立。
2012年8月至2012年10月
1.上机试验；
2.中试产品及下游客户质量认证。
2012年11月至2013年1月
1.完成变色膜生产工艺质量技术文件编写；
2.产品试生产。
2013年2月至2013年3月
研发总结及验收