一种液晶微胶囊的制备方法及液晶微胶囊技术

本发明专利技术属于复合材料领域，涉及一种液晶微胶囊的制备方法及液晶微胶囊。所述制备方法包括水包油的乳液的制备过程，其中，作为油相的混合物包括液晶、环氧树脂单体、硅烷偶联剂和油溶性环氧树脂固化剂。该方法所得的液晶微胶囊透光性好、机械强度高、耐化学腐蚀，工艺简单、便于控制结构，易于工业化。

Method for preparing liquid crystal microcapsule and liquid crystal microcapsule

The invention belongs to the field of composite materials, in particular to a preparation method of liquid crystal microcapsule and a liquid crystal microcapsule. The preparation method comprises the process of preparing an oil in water emulsion, wherein, as a mixture of the oil phase, liquid crystal, epoxy resin monomer, silane coupling agent and oil soluble epoxy resin curing agent are prepared. The liquid crystal microcapsule obtained by the method has good light transmission, high mechanical strength, chemical resistance, simple process, easy control structure and easy industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种液晶微胶囊的制备方法及液晶微胶囊
本专利技术属于复合材料领域，涉及一种液晶微胶囊的制备方法及液晶微胶囊。
技术介绍
液晶是介于液态与结晶态之间的一种物质状态，它除了兼有液体和晶体的某些性质，如流动性、各向异性等，还具有特殊的理化与光电特性，因而成为当今的科研热点。聚合物分散液晶在全息存储、显示、梯度彩色光栅、调制激光等高科技领域具有广泛的应用前景。微胶囊是指利用天然或合成的高分子材料，将固体、液体或气体物质包裹成直径5-300μm的微小胶囊。早在上世纪30年代，美国大西洋渔业公司便申请了在液体石蜡中制备含鱼肝油明胶微胶囊的专利，该产品也成为了世界上第一个微胶囊产品。随着科学技术的发展，新材料不断涌现，现在已知的微胶囊化方法约有一百多种，主要应用于香精香料、食品、医药行业。将液晶材料微胶囊化可以显著提高液晶材料的耐久性、延长其使用寿命，扩大其应用范围。目前用于液晶微胶囊的壁材主要是有机类材料，包括各种聚合物，如苯乙烯、甲基丙烯酸酯类、阿拉伯胶和明胶等。然而，用单纯的聚合物的作为壁材的液晶微胶囊存在诸多问题，比如壁材强度较低，应用过程中易导致液晶材料渗出、微胶囊破裂等。谢淑云等人对制备液晶乳液快速微胶囊(CN85104765)的研究。而用亲油亲水两种壁材双层包封液晶，制备液晶微胶囊具有两层壁材之间的相容性不好、包覆率低、体系复杂、使用有机溶剂多、内层壁材明胶易分解等问题，从而对产品的使用有限制。专利EP0204537通过乳液聚合技术形成液晶微胶囊，其以聚乙烯醇为壳层，近晶相液晶为芯材，形成多分散球形微胶囊。微胶囊的粒径为0.3～100μm。而用此方法所制备的微胶囊形状不规则，壳层为亲水的聚乙烯醇，限制了其在油性体系中的应用。专利US5976405通过溶胀聚合形成以向列型液晶为芯材的单分散微胶囊，其使用液晶、种子球和乙烯基单体为油相，与水形成乳液体系，通过自由基聚合形成聚合物颗粒，其中液晶被封装在球形聚合物壳层中，这种颗粒的分散度为1.0到1.3。虽然其具有很好的单分散性，但是其反应过程复杂，反应时间长，对液晶和添加剂有严苛要求。俞书宏等人以明胶和阿拉伯胶为壁材制备的液晶微胶囊(高分材料科学与工程1999；15：115)，由于具有的明胶和阿拉伯胶易分解，且对合成条件依赖性较高。李克轩等人制备的采用异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)为原料，采用界面聚合法制备的液晶微胶囊，由于原料毒性较强，不利于大规模生产(液晶与显示2012；27：583)。CN104624124A公开了一种液晶微胶囊及其制备方法。所述的制备方法包括：a)将乳化剂加入到水中获得分散液，以该分散液作为水相；b)将液晶、单烯烃类单体、多烯烃类交联剂以及引发剂混合均匀获得混合物，以该混合物作为油相；c)将所述水相和所述油相混合，通过进行乳化得到水包油的乳液；d)将所述乳液通过乳液聚合形成核壳结构的液晶微胶囊；以及e)将所述液晶微胶囊通过离心分离和喷雾干燥得到液晶微胶囊的干粉。虽然该申请的方法改善了液晶微胶囊的包覆率，但是得到的液晶微胶囊的光学性能欠佳。因此，亟待一种能够制备理化和光学性能更加优异，并且工艺简单的液晶微胶囊的方法。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有机-无机复合壳层的液晶微胶囊的制备方法，目的是制备透光性好、机械强度高、耐化学腐蚀的液晶微胶囊，本专利技术的进一步目的在于提供一种工艺简单、成本低，且便于控制结构、可工业化生产的液晶微胶囊制备方法。本专利技术的另一重要目的旨在提供一种有机-无机聚合物复合壳层的液晶微胶囊，该液晶微胶囊壳层的强度和柔性得到了显著的提高，稳定性更好，具有较好的理化和光学性能，应用前景广阔。根据本专利技术的一个方面，提供一种液晶微胶囊的制备方法，包括水相、油相以及水包油的乳液的制备过程，其中，作为油相的混合物包括液晶、环氧树脂单体、硅烷偶联剂和油溶性环氧树脂固化剂。CN104624124A公开了一种以液晶、单烯烃类单体、多烯烃类交联剂以及引发剂的混合物作为油相，而本申请的制备方法以液晶、环氧树脂单体、硅烷偶联剂以及油溶性环氧树脂固化剂的混合物作为油相，不仅得到的液晶微胶囊透光性能得到提升，提供了一种性能优异的光电材料；而且液晶微胶囊的成囊率和包覆率也得到了明显的改善，提高了液晶微胶囊的制备效率和质量。本专利技术所述的液晶微胶囊的制备方法用简单的工艺获得透光性好、机械强度高、耐化学腐蚀的液晶微胶囊，而且还便于调控液晶微胶囊的结构，工序简单、易于实现工业化生产，应用前景好。优选地，还包括水包油的乳液的聚合反应过程，所述聚合反应过程中加入水溶性环氧树脂固化剂。优选地，水相制备过程中添加的乳化剂以所述液晶100重量份计为5～30重量份；硅烷偶联剂以所述液晶100重量份计为10～80重量份；环氧树脂以所述液晶100重量份计为10～80重量份；水溶性环氧树脂固化剂或油溶性环氧树脂固化剂以所述液晶100重量份计为5～50重量份。按照上述的含量进行添加可以提高液晶微胶囊的包覆率和成囊率，并且所得的液晶微胶囊的机械强度更高，透光性更好，并且便于控制液晶微胶囊的大小匀称度和圆整性。并且采用所述的环氧树脂单体与硅烷偶联剂来获取包裹液晶的壳层结构，硅烷偶联剂水解聚合、环氧树脂固化形成互穿的有机-无机聚合物复合壳体，该有机-无机聚合物复合壳体与液晶的相融合性好，提高了液晶微胶囊中液晶与包覆液晶的材料的相分离程度，并且有助于延长液晶的存储时间。另外，环氧树脂单体与硅烷偶联剂易于在液晶表面沉积并形成机械强度可靠的壳层，提高了成囊率和包覆率，而且所得的液晶微胶囊不易破损。本专利技术所述的液晶微胶囊的制备方法结合操作过程，具体包括下列步骤：1)将乳化剂溶于水中、调节pH进行乳化，获得分散液，以该分散液作为水相；2)将液晶、环氧树脂单体、硅烷偶联剂以及油溶性环氧树脂固化剂混合均匀获得混合物，以该混合物作为油相；3)将步骤2)得到的油相加入到步骤1)的水相中，进行乳化后得到水包油的乳液；4)调节乳液的温度，反应一段时间，加入水溶性环氧树脂固化剂，使其继续反应形成核壳结构的液晶微胶囊；5)将所述液晶微胶囊离心分离、冷冻干燥得到液晶微胶囊的干粉。以上所述的步骤4)即为本专利技术所称的水包油的乳液的聚合反应过程。优选地，水相的pH为2～6或者8～13，更优选pH为4.7～6或者8～11；采用以上所述的pH制备的液晶微胶囊大小均匀，圆整性好，并且每个液晶微胶囊的表面非常圆滑，透光性更好。优选地，步骤4)的温度调节为50～90℃，更优选温度为70～80℃，最优选为76℃。专利技术人在实验研究过程中发现：采用上述的温度可以使液晶微胶囊的成囊率和包覆率可以同时达到较高值，并且所得的液晶微胶囊的透光性更好、机械强度更高。当温度调节为76℃时，用于形成壳层的材料分子运动速度最适于成膜反应的充分进行，形成的壳层厚度和强度最合适，不易破囊，液晶微胶囊的成囊率提高，并且所得的液晶微胶囊的机械性能更好，耐化学腐蚀性最优；同时，用于形成壳层的材料较易在液晶表面高效沉积率提高，液晶微胶囊的包覆率也得到进一步改善。优选地，步骤4)的反应时间为1～24小时，更优选为8～12小时。本专利技术所述的反应时间是指步骤4)中的反应一段时间和继续反应形成核壳的时间的总和。采用上述反应时间进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液晶微胶囊的制备方法，包括水相、油相以及水包油的乳液的制备过程，其特征在于，作为油相的混合物包括液晶、环氧树脂单体、硅烷偶联剂和油溶性环氧树脂固化剂。

【技术特征摘要】
1.一种液晶微胶囊的制备方法，包括水相、油相以及水包油的乳液的制备过程，其特征在于，作为油相的混合物包括液晶、环氧树脂单体、硅烷偶联剂和油溶性环氧树脂固化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的制备方法还包括水包油的乳液的聚合反应过程，所述聚合反应过程中加入水溶性环氧树脂固化剂；优选地，水溶性环氧树脂固化剂以所述液晶100重量份计为5～50重量份。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，硅烷偶联剂以所述液晶100重量份计为10～80重量份；环氧树脂单体以所述液晶100重量份计为10～80重量份；油溶性环氧树脂固化剂以所述液晶100重量份计为5～50重量份。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，环氧树脂单体选自双酚A型的E-51、E-44、AG-80或E-42中的一种或几种。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷中的一种或几种。6.根据权利要求2-5任一项所述的制备方法，其特征在于，水...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振忠，江文红，解孝林，彭海炎，廖永贵，梁福鑫，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11