一种可螺旋弯曲的液晶弹性体纤维及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于液晶材料技术领域，公开了一种可螺旋弯曲的液晶弹性体纤维及其制备方法与应用。该液晶弹性体纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将液晶单体、硫醇、迈克尔加成反应催化剂和光引发剂分散在挥发性有机溶剂中进行反应，持续搅拌至所述挥发性有机溶剂挥发完全，制得液晶弹性体预聚物；(2)将所述液晶弹性体预聚物牵拉成丝，经加捻后进行固定，使用紫外光照射进行聚合，得到所述液晶弹性体纤维。所述液晶弹性体纤维可实现三维螺旋卷曲，克服了现有液晶弹性体材料伸缩变形单一的缺陷，并具有变形范围更大、遇热形变且可逆回复的特点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种可螺旋弯曲的液晶弹性体纤维及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于液晶材料
，尤其涉及一种可螺旋弯曲的液晶弹性体纤维及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]液晶弹性体是一类新型的高分子材料，由液晶相序(自组织)和弹性高分子量适度交联得到，在外场(电场、温度、光等)的刺激下液晶弹性体可以通过改变介晶基元的排列而产生形状的变化，进而表现出形状、软弹性、光学特性的改变，是目前高分子材料研究中十分活跃的领域，液晶弹性体已在人工肌肉、纳米机械、人工智能等众多方面显示出良好的应用前景。
[0003]然而传统液晶弹性体材料的收缩率较低，形变程度有限，限制了液晶弹性体材料在更多领域中的应用。因此，本专利技术希望提出一种变形范围更大且形变可逆的新型液晶弹性体纤维。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种可螺旋弯曲的液晶弹性体纤维及其制备方法与应用。所述液晶弹性体纤维可实现三维螺旋卷曲，克服了现有液晶弹性体材料伸缩变形单一的缺陷，并具有变形范围更大、遇热形变且可逆回复的特点。
[0005]本专利技术提供了一种液晶弹性体纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)将液晶单体、硫醇、迈克尔加成反应催化剂和光引发剂分散在挥发性有机溶剂中进行反应，持续搅拌至所述挥发性有机溶剂挥发完全，制得液晶弹性体预聚物；
[0007](2)将所述液晶弹性体预聚物牵拉成丝，经加捻后进行固定，使用紫外光照射进行聚合，得到所述液晶弹性体纤维。
[0008]本专利技术以硫醇与液晶单体发生迈克尔加成反应，硫醇与α,β
‑
不饱和羰基化合物的这种迈克尔加成中，含有丙烯酸酯端基的液晶单体通过与硫醇的巯基
‑
丙烯酸酯的“点击”反应，可以灵活地调整交联密度和聚合物结构，聚合生成硫醚结构，该反应过程具有对氧气不敏感，产物不易氧化降解，比一般自由基反应过程可控的特点。通过该方法所制得液晶弹性体纤维的蓬松性更强，且提高了纤维加工时的抱合力和尺寸稳定性。
[0009]本专利技术通过预先加捻(加捻：丝的一端不动，另一端回转，这一过程称为加捻。加捻是利用纤维的弯曲和回转运动加以扭转，以使纤维间的纵向联系固定起来的过程。弯曲可造成卷绕，扭转会形成捻回。张力和扭转是加捻的必要条件)再交联聚合的操作，使液晶弹性体纤维产生三维扭曲取向，在受到热刺激时可形成三维螺旋卷曲的纤维结构；通过控制加捻旋转的圈数，可以控制纤维螺旋变形的程度。经旋转加捻，所制备的液晶弹性体纤维的变形范围得到大幅提高，纤维性能也得到明显提升。本专利技术所制备的液晶弹性体纤维在热刺激下会使得部分液晶基元的排列方向紊乱，引起液晶相到各向同性相的相转变，并且分
子取向的变化将进一步使整个液晶弹性体纤维产生三维螺旋卷曲结构的宏观形变；该液晶弹性体纤维在受到和撤去热刺激时，为避免自身空间的相互作用，可实现自发的三维螺旋卷曲变形与可逆回复，且变形幅度相比于传统液晶弹性体纤维要更大。
[0010]优选的，步骤(1)所述光引发剂包括安息香双甲醚、苯基双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦、2
‑
羟基
‑4‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮中的至少一种。
[0011]优选的，步骤(1)所述液晶单体包括液晶单体HCM009、液晶单体HCM008、液晶单体HCM020、液晶单体HCM021中的至少一种。上述液晶单体中均含有丙烯酸酯端基，除了具有相同的丙烯酸酯基团外，液晶单体中不同柔性链链长和不同另一端基基团等因素对液晶弹性体体系的交联密度和聚合度影响也会有所不同。经迈克尔加成反应所制得的液晶弹性体纤维在热刺激下使得部分液晶结构的排列方向紊乱，引起液晶相到各向同性相的相转变，分子取向的变化进一步使整个液晶弹性体纤维产生三维螺旋卷曲结构的宏观形变。
[0012]优选的，步骤(1)所述硫醇包括季戊四醇四
‑3‑
巯基丙酸酯、2,2
′‑
(1,2
‑
乙二基双氧代)双乙硫醇、1,6
‑
己二硫醇、甲基硫醇中的至少两种。
[0013]优选的，步骤(1)所述迈克尔加成反应催化剂包括三乙胺、二丙胺、正丁胺中的至少一种。
[0014]优选的，步骤(1)所述挥发性有机溶剂包括二氯甲烷、甲苯、二甲苯、四氢呋喃中的至少一种。
[0015]优选的，步骤(1)中制备所述液晶弹性体预聚物的组分的质量份数为：液晶单体72.5
‑
81.5份、硫醇17.0
‑
26.4份、迈克尔加成反应催化剂0.6
‑
1.2份、光引发剂0.05
‑
0.3份。本专利技术通过调整硫醇和迈克尔加成反应催化剂的用量比例，实现对液晶弹性体预聚物的聚合度与粘度的控制；通过调节液晶单体与硫醇的配比，可以调节液晶弹性体预聚物的弹性强度，便于加工制备纤维。
[0016]优选的，步骤(1)通过在黄光条件下进行所述反应。
[0017]优选的，步骤(2)中在密闭氮气气氛下使用紫外光照射进行所述聚合。
[0018]优选的，步骤(2)中所述紫外光照射的光照强度为95
‑
110mW/cm2。
[0019]优选的，步骤(2)中所述紫外光照射的时间为5
‑
10min。
[0020]本专利技术还提供了一种液晶弹性体纤维，由以上制备方法所制得。
[0021]本专利技术还提供了上述液晶弹性体纤维在服装领域中的应用。本专利技术发现，将所述液晶弹性体纤维作为服装中的部分编织材料与其他正常纺织纤维一同进行编织，所制得的织物在温度升高时，液晶弹性体纤维的螺旋弯曲结构会发生收缩，从而带动相邻上下两层正常纺织纤维拉长，孔隙增大，达到增强透气性的效果，实现良好的清凉感。当温度降低时，液晶弹性体纤维又回复原状，使得孔隙减小以减少人体热量的散发，从而达到保温效果。
[0022]相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0023]本专利技术通过拉伸加捻操作使液晶弹性体的三维螺旋几何结构被记录，因而所制得的液晶弹性体纤维在受热刺激时(具有热响应性)会发生三维螺旋卷曲的变形，同时纤维的变形程度可以通过加捻的程度进行控制。通过上述操作，使所制得的液晶弹性体纤维的变形范围得到大幅提高，纤维性能也得到明显提升。由于此特性，所述液晶弹性体纤维可用于制备具有温度响应的自调节透气性织物。与常规制备的液晶弹性体纤维在受到和撤去热刺激时只能沿轴向伸缩产生可逆变形相比，本专利技术所制备的液晶弹性体纤维在受到和撤去热
刺激时可以实现三维螺旋卷曲变形与可逆回复。本专利技术还通过调整硫醇和迈克尔加成反应催化剂的用量比例，控制了液晶弹性体预聚物的聚合度与粘度。
附图说明
[0024]图1本专利技术实施例中液晶弹性体预聚物经牵拉成丝并加捻，再经固定后的示意图；
[0025]图2为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液晶弹性体纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将液晶单体、硫醇、迈克尔加成反应催化剂和光引发剂分散在挥发性有机溶剂中进行反应，持续搅拌至所述挥发性有机溶剂挥发完全，制得液晶弹性体预聚物；(2)将所述液晶弹性体预聚物牵拉成丝，经加捻后进行固定，使用紫外光照射进行聚合，得到所述液晶弹性体纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述光引发剂包括安息香双甲醚、苯基双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦、2
‑
羟基
‑4‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述液晶单体包括液晶单体HCM009、液晶单体HCM008、液晶单体HCM020、液晶单体HCM021中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硫醇包括季戊四醇四
‑3‑
巯基丙酸酯、2,2
′‑
(1,2
‑
乙二基双氧代)双...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁冬，白龙飞，游雨欣，张悦，赵威，周国富，
申请(专利权)人：深圳市国华光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：