双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体及制备方法技术

本发明专利技术提供了双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体及制备方法。本发明专利技术将合成的长链软段分子PHG引入液晶聚合物分子链中，增加了分子链中的软段占比，使得液晶弹性体分子链移动时所需要能量减少，在较低的温度下液晶聚合物发生相变，有效降低了液晶弹性体相变温度；含有的动态酰胺键之间会形成的氢键可有效维持液晶弹性体的断裂拉伸强度，解决了液晶弹性体由于在T

【技术实现步骤摘要】
双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体及制备方法


[0001]本专利技术属于柔性智能材料的制备领域，具体涉及双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体及制备方法。

技术介绍

[0002]液晶弹性体作为一种良好生物相容性的柔性聚合物材料，具有可逆形变、大拉伸应变和应力等优点，在致动器、软机器人、光学元件和可穿戴设备等领域具有广阔应用前景。
[0003]液晶弹性体具备驱动性能的前提是形成单畴液晶弹性体。单畴指的是液晶基元在交联网络内有序排列，形成均一取向。单畴液晶弹性体在液晶转变温度(Ti)以下是各向异性相(液晶相)，液晶基元有序排列，在Ti以上是各向同性相，液晶基元无序排列。受到外界刺激时，聚合物链发生各向同性相和各向异性相之间相态的变化，从而发生可逆形变。然而，液晶弹性体在外界温度刺激能够可逆形变，但是在已有报道中液晶弹性体的相变温度T
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大多高于60℃，其发生可逆形变的温度远远大于人体体温。同时，虽然高温下驱动应变可以达到50％以上，但是其在T
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温度以上时的断裂拉伸强度会急剧下降。因此，这些缺陷进一步限制了液晶弹性体材料的实际应用。
[0004]目前，常通过在液晶聚合物网络中的引入软段替代液晶高分子中的刚性基元，降低链段运动时所需能量，达到降低相变温度的目的。然而，引入软段虽然降低了材料的相变温度，同时也会牺牲液晶弹性体的部分驱动性能和力学性能，对其整体性能有较大影响。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术总体
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的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一是基于液晶弹性体存在的以上问题，从液晶聚合网络结构上进行创新，设计出一种双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体。使得单畴液晶弹性体在体温下实现可逆驱动，同时保证液晶弹性体的驱动性能和力学性能，改善在T
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温度下的断裂拉伸强度会急剧下降的问题。
[0007]本专利技术提供一种双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体，以液晶单体RM257、扩链剂、长链软段PHG、交联剂、二硫醚化合物、光引发剂和以及催化剂为原料，通过两步法合成出具有双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体，该液晶弹性体的分子结构的单元结构具体如下：
[0008][0009]作为优选的，单畴液晶弹性体的分子结构中同时含有动态二硫键和动态酰胺键，
其中动态二硫键在150℃或UV下断键重连，实现了自愈合，动态酰胺键与动态酰胺键上的仲胺会形成氢键。形成的氢键可有效维持液晶弹性体的断裂拉伸强度；解决了液晶弹性体由于在T
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以上环境温度时的断裂拉伸强度急剧减小的问题。
[0010]本专利技术的目的之二是提供一种双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体的制备方法。通过液晶聚合网络结构的设计，赋予液晶弹性体具有体温驱动、可编程和自修复性能。
[0011]一种双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体的制备方法，具体包括如下制备步骤：
[0012]S1、按照比例称取各组分：包括液晶单体RM257、扩链剂、长链软段PHG、交联剂、二硫醚化合物、光引发剂和催化剂；
[0013]S2、长链软段PHG的制备：取聚乙二醇(PEG)、甲基丙烯酸异氰基乙酯(IEMA) 和催化剂二月桂酸二丁基锡(T12)置于三口烧瓶中，加入20mL四氢呋喃(THF)溶剂中完全溶解，持续N2氛围下55℃～65℃反应4
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8h，即可获得长链软段PHG溶液；在此工艺下，能够温和的制备出长链软段PHG，且PHG溶液可直接用于制备液晶弹性体中，不需要进一步提纯过滤等工艺，提高了长链软段PHG的利用率。
[0014]S3、液晶弹性体的制备：取液晶单体RM257、扩链剂、催化剂、光引发剂UV
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651 和S1步骤中制备的长链软段PHG溶液置于四氢呋喃(THF)中溶解，搅拌反应12～24 h；再加入交联剂PETMP、二硫醚化合物和催化剂继续反应4～6h，得到液晶弹性体溶液；本专利技术在主链型液晶弹性体中同时引入长链软段PHG分子链和二硫醚化合物，拓展了液晶弹性体的结构和功能设计和性能优化，使得单畴液晶弹性体在体温下实现可逆驱动，同时保证液晶弹性体的驱动性能和力学性能。
[0015]S4、消泡和烘干：将步骤S2中的液晶弹性体溶液倒入聚四氟乙烯槽中，放入冰箱冷藏，消除溶液中气泡，再放置于常温下待溶剂挥发完全，继续在40℃～80℃烘箱中烘干，即可得到液晶弹性体薄膜；
[0016]S5、液晶弹性体的准直：将S3步骤烘干后的液晶弹性体薄膜，预拉伸至原长的 100％～200％，再在80℃下拉伸准直，最后再使用紫外光UV固化，得到单畴液晶弹性体。
[0017]作为优选的，步骤S1中，液晶单体RM257、扩链剂、长链软段PHG、交联剂和二硫醚化合物的摩尔比为1～1.15：0.085～1.15：0.01～0.2：0.045～0.07：0.01～0.1；催化剂的含量为液晶单体RM257质量的0.5wt％～1.5wt％；光引发剂的含量为液晶单体 RM257质量的1.0wt％～2.0wt％。
[0018]通过以上设置的比例，一方面可有助于原料之间的充分反应和低聚物的交联；另一方面，随着引入长链软段PHG的含量越多，软段分子链在液晶聚合物分子链的占比越多，会降低液晶聚合物分子网络中的交联密度和分子链的段运动时所需能量，导致液晶弹性体拉伸强度和各向同性转变温度降低；长链软段PHG含量过少时，形成的液晶聚合物相变温度较高，难以满足体温响应的要求；长链软段PHG含量过量时，会进一步降低形成的液晶聚合物相变温度，但是由于软段分子链占比增大，断裂拉伸强度的降低，同时也会使得液晶聚合物分子链在机械拉伸预准直过程中存在链段滑移，导致液晶基元的取向度下降，引发液晶聚合物驱动应变；因此，在此比例范围内，可实现本专利技术制备的液晶弹性体在降低相变温度的情况下，使其断裂拉伸强度和驱动应变性能维持在一个较小的变化范围。
[0019]作为优选的，在步骤S2中，聚乙二醇(PEG)的分子量为400～8000，聚乙二醇(PEG) 和甲基丙烯酸异氰基乙酯(IEMA)的摩尔比为1：2。本专利技术通过控制各组分的摩尔比，使得长链软段PHG的制备反应进行的更加充分；当聚乙二醇(PEG)过量时，原料的反应不充分会导致长链软段PHG含量减少，进一步降低PHG在液晶聚合物中的占比，其相变温度难以降低；当甲基丙烯酸异氰基乙酯(IEMA)过量时，会导致PHG中的原料IEMA过多，过量的IEMA参与到液晶低聚物的制备反应中，影响聚合物网络的进一步扩链和交联，甚至导致液晶弹性体的力学性能下降。
[0020]进一步的，步骤S3中，RM257、扩链剂和交联剂的摩尔比为1～1.15：0.085～1.15： 0.045～0.07；RM257：PHG：二硫键化合物的摩尔比为1～1.15：0.01～0.2：0.01～0.1；催化剂的含量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体，其特征在于：所述液晶弹性体的单元结构具体如下：2.根据权利要求书1所述的一种双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体，其特征在于：所述双重动态共价键为动态二硫键和动态酰胺键。3.根据权利要求书1或2所述的一种双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体的制备方法，其特征在于：具体包括如下制备步骤：S1、按照比例称取各组分：包括液晶单体RM257、扩链剂、长链软段PHG、交联剂、二硫醚化合物、光引发剂和催化剂；S2、长链软段PHG制备：将聚乙二醇、甲基丙烯酸异氰基乙酯和催化剂二月桂酸二丁基锡置于三口烧瓶中，加入四氢呋喃溶剂中完全溶解，持续N2氛围下55℃～65℃反应4～8h，获得长链软段PHG溶液；S3、液晶弹性体制备：取液晶单体RM257、扩链剂、催化剂、光引发剂UV
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651和S1步骤中制备的长链软段PHG溶液置于四氢呋喃中溶解，搅拌反应12～24h；再加入交联剂、二硫醚化合物和催化剂继续反应4～6h，得到液晶弹性体溶液；S4、消泡和烘干：将步骤S2中的液晶弹性体溶液倒入聚四氟乙烯槽中，放入冰箱冷藏，消除溶液中的气泡，再放置于常温下待溶剂挥发完全，继续在40℃～80℃烘箱中烘干，即得到液晶弹性体薄膜；S5、液晶弹性体准直：将S3步骤烘干后的液晶弹性体薄膜，预拉伸至原长的100％～200％，再在80℃下拉伸准直，最后再使用紫外光UV固化，得到单畴液晶弹性体。4.根据权利要求书3所述的一种双重动态共价键的体温响应型单畴液晶弹性体的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述液晶单体RM257、扩链剂、长链软段PHG、交联剂和二硫醚化合物的摩尔比为1～1.15：0.085～1.15：0.01～0.2：0.045～0.07：0.01～0.1；所述催化剂的含量为液晶单体RM257质量的0.5wt％～1.5wt％；所述光引发剂的含量为液晶单体RM257质量的1.0wt％～2.0wt％。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁宁一，朱世杰，董旭，李绿洲，江瑶瑶，丁建宁，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：