一种侧链型液晶聚合物液晶物理凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种侧链型液晶聚合物液晶物理凝胶材料及其制备方法。该材料包括按质量百分比计的如下组分：液晶材料90.0～99.0％，侧链型液晶聚合物1.0～10.0％。本发明专利技术以小分子液晶作为工作物质，采用侧链型液晶聚合物作为支撑材料，制备的液晶物理凝胶材料模量高(储能模量可达10

Side chain type liquid crystal polymer liquid crystal physical gel material and preparation method thereof

The invention relates to a side chain liquid crystal polymer liquid crystal physical gel material and a preparation method thereof. The material comprises the following components according to mass percentage: liquid crystal material 90 to 99%, side chain type liquid crystal polymer 1 to 10%. The present invention uses small molecular liquid crystal as working material and adopts side chain type liquid crystal polymer as support material, and the liquid crystal physical gel material has high modulus (storage modulus is 10)

【技术实现步骤摘要】
一种侧链型液晶聚合物液晶物理凝胶材料及其制备方法
本专利技术涉及一种液晶物理凝胶材料及其制备方法，具体涉及一种侧链型液晶聚合物高模量液晶物理凝胶材料及其制备方法。
技术介绍
液晶是一类有序的流体，它同时具备液体的流动性和晶体的有序性。液晶独特的性能使得其在电子工业中有着广泛的应用。由于液晶显示功耗低、驱动电压低、对比度高等优点使得其在众多的显示材料中脱颖而出，成为目前市场上最受欢迎的显示材料之一。流动性是液晶重要的属性，使得液晶能在外场的作用下快速响应，但这也为发展大型液晶器件带来了诸多问题，如制备的液晶器件力学性能差，无法满足稳定、快速响应、超薄、大面积液晶器件的要求，因此开发具有良好的机械稳定性和加工性的液晶材料成为当前这一领域的研究热点之一。液晶物理凝胶是凝胶因子在液晶中通过非共价相互作用自组装形成纤维网络结构，是一类新型的刺激-响应、热可逆软固体材料。液晶物理凝胶通常由两部分构成，工作物质为液晶，这也是液晶物理凝胶的基础和核心，凝胶因子作为液晶的载体，能够使液晶凝胶，限制液晶的流动性，使其具备良好的机械稳定性。液晶物理凝胶常用的凝胶因子有机小分子、聚合物微球、嵌段共聚物三大类。以有机小分子为凝胶因子形成的液晶物理凝胶具有凝胶因子种类多、添加量少、容易制备等诸多优点，并且可以对小分子进行化学修饰，引入其它刺激性相应基团制备成为多重刺激响应性的液晶物理凝胶，也可以与其它类凝胶因子、嵌段共聚物等共同使用来增强液晶物理凝胶力学性能。日本的TakashiKato等(AdvancedMaterials,1998,10(8):606；Chemistryofmaterials,2000,12(2):440；US006074710A；JP2000239663；JPH1121556)将室温向列相液晶4'-正戊基-4-氰基联苯(5CB)和4-(甲氧基)-亚苄基-4-(丁基)苯胺(MBBA)等液晶与小分子凝胶因子反式-1,2-双(酰胺基)环己烷通过自组装成功制备了液晶物理凝胶，当添加的凝胶因子的质量分数为1.0wt％时得到的液晶物理凝胶的凝胶-溶胶转变温度为74℃。日本的NorihiroMizoshita等(JournalofMaterialsChemistry12.8(2002):2197)等使用2，6-二氨基吡啶合成了二脲类凝胶因子，通过分子间的氢键作用自组装形成了三维网络结构，通过毛细作用将液晶小分子5CB锚定，成功制备了液晶物理凝胶。TakashiKato等(Langmuir,2002,18(18):7086)将有机小分子2,3-二正癸氧基蒽与液晶小分子复合得到了液晶物理凝胶，该凝胶网络产生的主要驱动力是蒽分子间的π-π堆积作用。TakashiKato等(BulletinoftheChemicalSocietyofJapan,2006,79(6):962)将偶氮基团引入到小分子凝胶因子中，再与5CB复合得到了具有光响应的光致可逆液晶物理凝胶，在紫外光的照射下，凝胶因子的构型发生改变，液晶物理凝胶的结构遭到破坏，凝胶转变为溶胶，移除紫外光后，溶胶又可转变为液晶凝胶。遗憾的是以有机小分子为凝胶因子得到的液晶物理凝胶依然普遍存在着模量低、机械稳定性差等问题。凝胶因子为嵌段共聚物的液晶物理凝胶研究较少。Kornfield等(Naturematerials,2004,3(3):177；US20040142117A1)将含氰基联苯液晶单元的单体与苯乙烯共聚制备了一种三嵌段共聚物有机凝胶因子，研究发现，合成的三嵌段共聚物能够使小分子液晶(5CB、4CB)凝胶，但该液晶物理凝胶的缺点是强度低，自支撑性差，储能模量G'低于102Pa。Wood等(Science,2011,334(6052):79；Langmuir,2012,28(22):8463)在研究聚甲基丙烯酸甲酯微球与液晶5CB的液晶物理凝胶时，发现只有在聚合物微球的体积分数达到15％以上时，凝胶的模量才由102Pa开始急剧上升，并在体积分数达到40％左右时其模量达到104Pa，但其缺点是添加量高，高添加量导致液晶物理凝胶成本增加的同时，大量凝胶因子加入对液晶本体的性质会产生很大的影响，所以聚合物微球在液晶物理凝胶的应用上受到了很大的限制。在已报道的液晶物理凝胶材料中，液晶物理凝胶材料的热稳定性和力学性能差，无法满足材料加工和使用要求，严重限制了液晶物理凝胶材料的工业化生产和市场化需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，开发出一种兼备高模量和高热稳定性的液晶物理凝胶材料，制备的液晶物理凝胶材料其模量可达104Pa以上，能够满足材料的加工和使用要求，同时制备的液晶物理凝胶材料其凝胶解缔温度可达190℃以上，具有良好的稳定性。另外还可以调整侧链型液晶聚合物的化学结构来调控液晶物理凝胶的凝胶-溶胶相转变温度来满足不同条件的使用需求。为实现本专利技术的目的，总的专利技术构思为：将侧链型液晶聚合物凝胶因子加入到小分子液晶中，加热搅拌至完全溶解制成透明混合物，倒入模具中，自然冷却过程中侧链型聚合物通过非共价键作用自组装成超分子网络结构，通过毛细作用对小分子液晶形成束缚作用，使小分子液晶在室温下宏观上不呈现液晶的流动性质，从而制得液晶物理凝胶材料。本专利技术是通过如下方式实现的：一种侧链型液晶聚合物液晶物理凝胶材料，包含按质量百分比计的如下组分：液晶材料90.0～99.0％，侧链型液晶聚合物1.0～10.0％；所述的液晶材料选自4'-正丁基-4-氰基联苯(4CB)、4'-正丁氧基-4-氰基联苯(4OCB)、4'-正戊基-4-氰基联苯(5CB)、4'-正戊氧基-4-氰基联苯(5OCB)、4'-正庚基-4-氰基联苯(7CB)、4'-正辛氧基-4-氰基联苯(8OCB)、4'-正戊基-4-氰基三联苯(5CT)、4-甲氧基亚苄基-4'-丁基苯胺(MBBA)中的一种或两种以上的混合物。进一步地，所述的侧链型液晶聚合物为均聚合物或共聚物。进一步地，所述的侧链型液晶均聚合物的化学结构式如式(I)所示：n表示聚合度，R为侧基，选自氢或甲基；S为柔性间隔基其中1≤m≤18，m取整数；L1、L2表示连接基团，L1、L2独立地选自结构式(II)中的一种：L1、L2的下标1、2表示连接基团彼此独立；M表示液晶基元，选自结构式(Ⅲ)中的一种或两种以上，通过刚性桥键按照化学键合逻辑自由组合而成的液晶基元，E表示末端基，选自氢、氰基、烷基、烷氧基、硝基、聚氧乙烯基中的一种；a、b、c独立的取值1或0，代表非必要组成部分S、L1、L2的有无，当其取值为0时，该结构部分左右两边直接键合。进一步地，所述的侧链型液晶共聚物可以是两种以上不同结构的液晶结构单元的侧链型液晶共聚物，也可以是至少包含一种液晶结构单元，及至少一种非液晶结构单元的侧链型液晶共聚物。进一步地，所述的液晶结构单元的结构为侧链型液晶均聚合物的单体结构。进一步地，所述的非液晶结构单元为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯或丙烯腈。上述的侧链型液晶聚合物液晶物理凝胶的制备方法，包含以下步骤：按照质量百分比称取液晶材料90.0～99.0％、侧链型液晶聚合物(或称为侧链型液晶聚合物凝胶因子)1.0～10.0％；将所述的侧链型液晶聚合物凝胶因子加入到所述的液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种侧链型液晶聚合物液晶物理凝胶材料，其特征在于，包含按质量百分比计的如下组分：液晶材料90.0～99.0％，侧链型液晶聚合物1.0～10.0％。

【技术特征摘要】
1.一种侧链型液晶聚合物液晶物理凝胶材料，其特征在于，包含按质量百分比计的如下组分：液晶材料90.0～99.0％，侧链型液晶聚合物1.0～10.0％。2.根据权利要求1所述的侧链型液晶聚合物液晶物理凝胶材料，其特征在于，所述的液晶材料选自4'-正丁基-4-氰基联苯、4'-正丁氧基-4-氰基联苯、4'-正戊基-4-氰基联苯、4'-正戊氧基-4-氰基联苯、4'-正庚基-4-氰基联苯、4'-正辛氧基-4-氰基联苯、4'-正戊基-4-氰基三联苯、4-甲氧基亚苄基-4'-丁基苯胺中的一种或两种以上的混合物。3.根据权利要求1或2所述的侧链型液晶聚合物液晶物理凝胶材料，其特征在于，所述的侧链型液晶聚合物为侧链型液晶均聚合物或侧链型液晶共聚物。4.根据权利要求3所述的侧链型液晶聚合物液晶物理凝胶材料，其特征在于，所述的侧链型液晶均聚合物的化学结构式如图(I)所示：n表示聚合度，R为侧基，选自氢或甲基；S为柔性间隔基其中1≤m≤18，m取整数；L1、L2表示连接基团，L1、L2独立地选自结构式(II)中的一种：L1、L2的下标1、2表示连接基团彼此独立；M表示液晶基元，选自结构式(Ⅲ)中的一种或两种以上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海良，赵建航，袁勇杰，黎金娣，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43