可控柔性变色显示材料及其生产方法
【专利摘要】本申请涉及一种可控柔性变色显示材料及其生产方法，其中该材料包括电加热层，变色薄膜层以及透明保护层，该变色薄膜层设置在该电加热层的一侧或者两侧，或者该电加热层嵌入在该变色薄膜层中，该透明保护层将该电加热层和变色薄膜层封装在该透明保护层的内部。本发明可以提供较低成本的主动式变色显示材料，实现大范围变色效果，例如场地变色标识，大面积广告变色标识等。
【专利说明】可控柔性变色显示材料及其生产方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种变色材料，尤其一种可控柔性变色显示材料及其生产方法。该可控柔性变色显示材料可在不同应用领域使用，同时根据需要采用不同的组合方式来使用。
【背景技术】
[0002]目前感温变色材料被开发出多种用途，但是通过跨学科应用多种技术赋予这种材料更广泛用途的产品并不多。这其中很重要的原因是相关的材料科技没有达到相应的高度。另外，现有技术中的变色材料大都结构复杂，生产成本高。
[0003]在申请号:CN200910203510.8的申请中，提供了一种电致变色材料和使用该电致变色材料的电致变色装置，该申请涉及的是微观显像材料，电信号直接作用产生变色的新型材料。其结构复杂，而且难以低成本的大面积应用。
[0004]申请号CN201110406413.6的申请中公开了一种柔性电致变色膜与器件及其制备方法，该申请提供了一种小型电子器件，通过电流直接作用于电致变色材料。该本发明的变色效果只能在很小的元件上显现，难以大面积使用，而且成本较高。
【发明内容】
[0005]本发明利用了颜料、发热材料、塑料三种材料领域里的最新技术，制成了结构简单、性价比高，适用性强的高效可变色材料。而且这种材料是一种主动式显色变色材料。该材料可以是一种平面材料，也可以根据需要应用于曲面或者不规则面。
[0006]本发明提供一种可控柔性变色显示材料，其中，包括电加热层，变色薄膜层以及透明保护层，该变色薄膜层设置在该电加热层的一侧或者两侧，或者该电加热层嵌入在该变色薄膜层中，该透明保护层将该电加热层和变色薄膜层封装在该透明保护层内。
[0007]根据本发明的柔性变色显示材料，该电加热层由经线和纬线构成，该经线为导电材料，该纬线为绝缘材料，该经线和纬线编织形成一网状部。可选地，该经线是导电碳纤维，该纬线是聚乙烯纤维。其中，该经线的两端穿过该透明保护层分别与镍基金属丝连接，该镍基金属丝的表面包覆有绝缘层，并且该镍基金属丝通过一控制器与电源相连。
[0008]根据本发明的柔性变色显示材料，该变色薄膜层包含热敏颜料，优选该变色薄膜层还包含压敏颜料；或者该变色薄膜层由分别包含热敏颜料和压敏颜料的两个薄膜层层叠形成。该电加热层能够通过一控制器与电源相连。该控制器控制向该电加热层的供电的电压、电流以及时间，使该电加热层能够在不同的时间产生不同强度的热量。
[0009]根据本发明的柔性变色显示材料，该透明保护层为透明热塑性弹性体，优选该透明热塑性弹性体为聚氨酯材料。
[0010]本发明还提供一种可控柔性变色显示材料的生产方法，包括以下步骤:提供一电加热层，该电加热层由经线和纬线构成，该经线为导电材料，该纬线为绝缘材料，该经线和纬线编织形成一网状部，其中该经线用于与电源相连；提供一变色薄膜层，该变色薄膜层包含热敏颜料；将该变色薄膜层设置在该电加热层的一侧或者两侧，或者将该电加热层嵌入在该变色薄膜层中；提供一透明保护层，将该电加热层和变色薄膜层封装在该透明保护层的内部。根据本发明可控柔性变色显示材料的生产方法，其中包括使该经线的两端穿过该透明保护层与镍基金属丝连接。其中该经线通过一控制器与该电源相连。
[0011]一种分区的可控柔性变色显示材料，包括至少两块前述的柔性变色显示材料，所述至少两块的柔性变色显示材料邻接组合在一起。
[0012]本发明提供的显示材料结构简单，可以用较低的成本实现大范围主动变色效果，例如用于场地变色标识，大面积广告变色标识等。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是根据本发明的第一实施方式的可控柔性变色显示材料的截面示意图。
[0014]图2是根据本发明的第一实施方式的可控柔性变色显示材料的电加热层的结构示意图。
[0015]图3是根据本发明的另一实施方式的可控柔性变色显示材料的截面示意图。【具体实施方式】
[0016]本发明提供一种可控柔性变色显示材料，其中，包括电加热层，变色薄膜层以及透明保护层，该变色薄膜层设置在该电加热层的一侧或者两侧，或者该电加热层嵌入在该变色薄膜层中，该透明保护层将该电加热层和变色薄膜层封装在该透明保护层的内部。
[0017]图1是根据本发明的第一实施方式的可控柔性变色显示材料的截面示意图。根据该实施例，可控柔性变色显示材料I包括:电加热层2、变色薄膜层3以及透明保护层4。其中电加热层2包括经线21和纬线22，其结构在后面详细说明。透明保护层4从上、下两侧将电加热层2和变色薄膜层3包封在里面。
[0018]图3是根据本发明的另一实施方式的可控柔性变色显示材料的截面示意图。其中电加热层2嵌置在变色薄膜层3中，透明保护层4从上、下两侧将变色薄膜层3及嵌置在其中的电加热层2包封在里面。电加热层的经线21通过连接线穿过透明保护层，通过导线与电源连接。电路中设置有控制器，用于控制加热侧的加热。
[0019]根据本发明提供的可控柔性变色显示材料，其可以是一种平面材料(如图2所示)，也可以用于曲面或者不规则表面。当用于曲面或者不规则表面时，需要提供一个基材，所述基材为曲面或者不规则表面，将电加热层设置在基材的曲面或不规则表面上，然后将变色薄膜层设置在电加热层上，再用透明保护层将电加热层和变色薄膜层包封。根据基材的不同(例如是否具有水密性、绝缘性等)，包封可以是从上下两侧包封，也可以是仅从上面包封。由于电加热层、变色薄膜层和透明保护层均为柔性材料，最终形成的材料的表面的形状与基材的表面一致。
[0020]电加热层
[0021]该电加热层为可控的电加热层。该电加热层由经线和纬线构成，该经线为导电材料，该纬线为绝缘材料，该经线和纬线编织形成一网状部。可选地，该经线是导电碳纤维，该纬线是聚乙烯纤维。其中，该经线的两端穿过该透明保护层分别与镍基金属丝连接，该镍基金属丝的表面包覆有绝缘层，并且该镍基金属丝与电源相连。
[0022]在一个【具体实施方式】中，该电加热层采用现有的导电率较小的多根碳纤维材料与多根柔韧性良好的聚乙烯纤维编织成网状材料。根据发热要求，导电碳纤维可从市场可获得的类型中选择，一般在40-80度(摄氏度)，如发热40度、60度或者80度等。导电碳纤维纵向排列(经线)，绝缘的聚乙烯纤维横向排列(纬线)。电加热层厚度可控制在1-2毫米。优选地，纵向两端用市售柔性好不易断的镍基金属丝穿插连接于导电碳纤维。这一设计可保证本层在接通220伏电源的条件下，将电能转化成以均匀发出红外线为发热方式的热能，由于可通过碳纤维的电流小，能耗极低且温度不会超过80摄氏度(优选在40-60°C )，没有着火危险。
[0023]根据不同的发热要求，电加热层(红外发热网)的编织密度可调整，例如采用经纬编织法织成5毫米间隔的网，根据测试可产生稳定45-75°C、50-75°C、45-65°C的热源。该电加热层能够通过一现有的控制器与电源相连。该控制器控制向该电加热层的供电的电压、电流以及时间，使该电加热层能够在不同的时间产生不同强度的热量。
[0024]图2是根据本发明的第一实施方式的可控柔性变色显示材料的电加热层的结构示意图。其中经线21与纬线22编织成网，形成电加热层2，经线两端通过表面涂覆有绝缘层的镍基金属丝23连接到电源(图中未示出电源和控制器)。该电加热层也可用于图3所示的实施例。
[0025]图2所显示的电加热层的网大致呈矩形，左右两侧最外面的纬线大致为网的边缘(外面为镍基金属丝23，其与经线21相连)。变色薄膜层的形状与该电加热层的形状和尺寸基本，外面由透明保护层包封。最终形成的柔性变色显示材料的形状与电加热层的网及变色薄膜层也基本相同，只是由于包封的需要透明保护层的尺寸略大于电加热层的网及变色薄膜层，尺寸差可以根据需要调整。
[0026]根据本发明的一个变形例，可以提供一种分区的可控柔性变色显示材料。将至少两块如前所述的柔性变色显示材料邻接组合在一起(组合的方式可以横向、纵向邻接)，每块柔性变色显示材料分别通过控制器与电源相连。这样就可以提供能够分区变色的显示材料。
[0027]变色薄膜层
[0028]本发明中的变色薄膜层中包含现有技术中可获得的热敏颜料。这种颜料目前可以做到变色明显且成本大大降低。感温变色颜料是由电子转移型有机化合物体系制备的。电子转移型有机化合物是一类具有特殊化学结构的有机发色体系。在特定温度下因电子转移使该有机物的分子结构发生变化，从而实现颜色转变。这种变色物质不仅颜色鲜艳，而且可以实现从“有色一一无色”状态的颜色变化。本发明是实施例所用的颜料采用美国LCR公司生产的感温变色颜料(商标为“千色变”，深圳千色变颜料有限公司)，该颜料颜色丰富，有十五种颜色可供挑选。其他的热敏颜料也可以使用。
[0029]本发明中的变色薄膜层采用水性或油性溶剂溶解感温颜料然后晾干成型备用(溶剂根据颜料选择)，其中可以根据需要加入适当的添加剂(非必须)。具体过程如下:在环保型溶剂(例如丙酮)中加入热敏颜料和增稠剂(增稠剂采用现有的材料，例如癸二酸二丁酯)，搅拌均匀后倒入模具干燥成型，控制膜厚至可遮盖发热层(电加热层)即可，优选要求小于0.5毫米。取干燥后的变色薄膜层，根据电加热层的形状裁剪成型备用。也可以采用市售的透明涂料(干燥后需具有柔性)作为溶剂。
[0030]可选地，本发明中的变色薄膜层中还可以包含压敏颜料，一种方式是将热敏颜料和压敏颜料同时加入变色薄膜层中，另一种方式是将热敏颜料和压敏颜料分别添加在两个层中，然后将两个层层叠在一起(将含压敏颜料的层远离电加热层)。
[0031]透明保护层
[0032]透明保护层的作用主要在于提供保护，其具有一定的强度，绝缘性和密封性、本发明中该透明保护层将该电加热层和变色薄膜层封装在该透明保护层内。该保护层根据需要可以从上下两侧进行封装，也可以仅从一侧进行包封。当在有基材的情况下(该基材可以具有平面、曲面、不规则表面)，制作时，将电加热层设置在该表面上，然后将变色薄膜层设置在电加热层上，然后将透明保护层设置在变色薄膜层上。如果基材绝缘且具有密封性，保护层可以仅从一侧进行包封，与基材一起将内部的电加热层及变色薄膜层与外界隔离。如果基材不具有密封性，则需要从上下两侧进行整体封装。
[0033]根据本发明的透明保护层可以采用任何适当的材料，优选采用透明热塑性弹性体作为保护层，例如聚氨酯或EVA，LDPE等材料。在本发明的一个实施方式中，保护层采用塑料行业近年来开发的耐磨，透明，抗老化性能优越的TPU即聚氨酯材料，例如:CAS N0.:51852-81-4，分子式:(CltlH8N2O2 ^C6H14O3) x，X为整数(分子量范围在3000-4000)。该材料的理化性质:密度:0.03~0.07g/cm3，拉伸强度:8.83~117kPa，伸长率(% ):150~300。弯曲强度:0.196MPa，导热系数:0.034~0.041W/(m.K)。熔点(V):170~190。通过的热涂覆工艺，用涂覆机器在220度左右在上述两个形状相同紧密重叠在一起的平面层(电加热层和变色薄膜层)之外涂上保护膜。上下两层保护膜的厚度各约2毫米。
[0034]在另一实施方式中，由于电加热层嵌置在变色薄膜内，保护膜可以直接涂覆在变色薄膜的外面。
[0035]变色薄膜层的制备实施例
[0036]实施实例1，材料包括:丙酮溶剂200克，40度变色黄颜料50克，环保型增稠剂癸二酸二丁酯50克。将上述原料加入烧杯中在通风柜中搅拌10分钟使其形成均匀粘稠溶液，取出部分溶液平刷在有两毫米深凹槽的平面模具中，通风干燥，得到该变色薄膜。
[0037]该实施例的一个变形例，可以将部分粘稠溶液先加入到模具中，然后将电加热层网固定在该溶液上方，然后将其余的溶液刷在电加热层上面，使电加热层上下具有溶液，干燥后，电加热层嵌置在薄膜内。
[0038]实施实例2，材料包括:水性无色涂料200克，40度变色蓝颜料50克。将上述原料加入烧杯中在通风柜中搅拌10分钟使其形成均匀粘稠溶液，取出部分溶液平刷在有两毫米深凹槽的平面模具中，通风干燥，得到该变色薄膜。
[0039]实施实例3，材料包括:水性无色涂料200克，40度变色绿颜料50克，5克压敏颜料。将上述原料加入烧杯中在通风柜中搅拌10分钟使其形成均匀粘稠溶液，取出部分溶液平刷在有两毫米深凹槽的平面模具中，通风干燥，得到该变色薄膜。本例所得薄膜，同时具有可控变色和压敏变色的双重功能。
[0040]实施实例3的变形例:重复实施例1，将其中的热敏颜料换成压敏颜料50克，得到含压敏颜料的变色薄膜；然后将实施例1的含热敏颜料的变色薄膜与前面的得到含压敏颜料的变色薄膜层叠在一起，形成一复合变色薄膜层。
[0041] 柔性变色显示材料的生产方法包括以下步骤:提供一电加热层，该电加热层由经线和纬线构成，该经线为导电材料，该纬线为绝缘材料，该经线和纬线编织形成一网状部，其中该经线用于与电源相连；提供一变色薄膜层(可以使用前面实施例的变色薄膜层)，该变色薄膜层包含热敏颜料；将该变色薄膜层设置在该电加热层的一侧或者两侧，或者将该电加热层嵌入在该变色薄膜层中；提供一透明保护层，将该电加热层和变色薄膜层封装在该透明保护层的内部。利用该方法，也可以提供具有曲面或不规则面的柔性变色显示材料。
[0042]根据本发明可控柔性变色显示材料的生产方法，其中包括使该经线的两端穿过该透明保护层与镍基金属丝连接。其中该经线通过一控制器与该电源相连。
[0043]前面所得到的可控柔性变色显示材料，经测试可在通电后五秒钟之内实现有色――无色，即有色无色互变的效果。耗电量为每平米1-3W。
[0044]
【权利要求】
1.一种可控柔性变色显示材料，其特征在于，包括电加热层，变色薄膜层以及透明保护层，该变色薄膜层设置在该电加热层的一侧或者两侧，或者该电加热层嵌入在该变色薄膜层中，该透明保护层将该电加热层和变色薄膜层封装在该透明保护层内，所述电加热层可在40-80°C的范围提供热量。
2.根据权利要求1所述的柔性变色显示材料，其特征在于，该电加热层由经线和纬线构成，该经线为导电材料，该纬线为绝缘材料，该经线和纬线编织形成一网状部。
3.根据权利要求2所述的柔性变色显示材料，其特征在于，该经线是导电碳纤维，该纬线是聚乙烯纤维。
4.根据权利要求3所述的柔性变色显示材料，其特征在于，该经线的两端穿过该透明保护层分别与镍基金属丝连接，该镍基金属丝的表面包覆有绝缘层，并且该镍基金属丝能够通过一控制器与电源相连。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的柔性变色显示材料，其特征在于，该变色薄膜层包含热敏颜料，优选该变色薄膜层还包含压敏颜料；或者该变色薄膜层由分别包含热敏颜料和压敏颜料的两个薄膜层层叠形成。
6.根据权利要求5所述的柔性变色显示材料，其特征在于，该透明保护层为透明热塑性弹性体。
7.根据权利要求6所述的柔性变色显示材料，其特征在于，该透明热塑性弹性体为聚氨酯材料。
8.—种可控柔性变色显示材料的生产方法，包括以下步骤: 提供一电加热层，该电加热层由经线和纬线构成，该经线为导电材料，该纬线为绝缘材料，该经线和纬线编织形成一网状部，其中该经线用于与电源相连； 提供一变色薄膜层，该变色薄膜层包含热敏颜料； 将该变色薄膜层设置在该电加热层的一侧或者两侧，或者将该电加热层嵌入在该变色薄膜层中； 提供一透明保护层，将该电加热层和变色薄膜层封装在该透明保护层内。
9.根据权利要求8所述的可控柔性变色显示材料的生产方法，其中包括使该经线的两端穿过该透明保护层与镍基金属丝连接。
10.根据权利要求9所述的可控柔性变色显示材料的生产方法，其中该经线通过一控制器与该电源相连。
11.一种分区的可控柔性变色显示材料，包括至少两块如权利要求1-7中任一项所述的柔性变色显示材料，所述至少两块的柔性变色显示材料邻接组合在一起。
【文档编号】G02F1/153GK103913918SQ201310003471
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年1月7日 优先权日:2013年1月7日
【发明者】严旭明 申请人:严旭明