一种基于正交点击化学的液晶弹性体及其制备方法与液晶驱动元件技术

本发明专利技术公开了一种液晶弹性体及其制备方法与液晶驱动元件。所述液晶弹性体通过使液晶单体、光碱、扩链剂和交联剂发生聚合反应得到。液晶单体选自双端乙烯基类液晶单体和双端环氧类液晶单体。扩链剂选自二巯基单体。交联剂选自三巯基单体和四巯基单体中的一种或多种。本发明专利技术的液晶弹性体基于正交点击化学，聚合过程分为两步，第一步是通过光引发的硫醇烯点击化学生成一个轻度交联网络，将第一步的样品进行机械拉伸后，通过碱催化的硫醇环氧点击化学进行第二步交联，获得单畴液晶弹性体。本发明专利技术通过正交的硫醇

【技术实现步骤摘要】
一种基于正交点击化学的液晶弹性体及其制备方法与液晶驱动元件


[0001]本专利技术属于液晶材料
，具体涉及一种液晶弹性体及其制备方法与液晶驱动元件。

技术介绍

[0002]液晶弹性体(LCEs)是一种具有智能形变能力的材料，在受到外界刺激(如光、热、磁场、湿度)时会产生可逆形变，因此在软体机器人和驱动器件领域具有广泛的应用前景。
[0003]LCEs实现可逆形变的关键是控制交联网络中的整体液晶(LC)取向，从而形成单畴液晶弹性体。目前有多种技术来诱导宏观的LC取向，如将部分固化的LCEs进行机械拉伸，然后进行光聚合二次交联(两步法)；活性LC单体的表面取向或场诱导取向等。虽然表面和场诱导取向技术允许制备具有复杂LC取向的LCE，但它们不适合制造大而厚的样品。相比之下，机械拉伸两步法没有这些限制，因此两步法仍然是制备单畴LCE驱动器应用最广泛的策略。然而，目前的两步法主要依靠丙烯酸酯的均聚来形成最终的交联网络。诸如氧气阻聚和交联网络均一性等问题对材料加工构成了巨大的挑战。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于硫醇
‑
烯和硫醇
‑
环氧点击化学的液晶弹性体制备方法。在本方法中，首先通过硫醇
‑
烯反应来形成初步交联产物，经机械拉伸后，通过硫醇
‑
环氧反应来固定最终的交联网络。
[0005]本专利技术第一方面提供一种液晶弹性体，其由液晶单体、光碱、扩链剂和交联剂通过聚合反应得到，其中，所述液晶单体选自式(I)和式(Ⅱ)所述的化合物，所述扩链剂选自二巯基单体，所述交联剂选自三巯基单体和四巯基单体中的一种或多种。
[0006][0007]其中，式(I)为双端乙烯基液晶单体，式(Ⅱ)为双端环氧液晶单体；式(I)和式(Ⅱ)中，所述R1、R2、R3、R4分别独立地表示氢或甲基。
[0008]本专利技术第二方面提供上述液晶弹性体的制备方法，包括以下步骤：
[0009](a)提供包含所述液晶单体、光引发剂、光碱、扩链剂和交联剂的混合物，将混合物在85℃～95℃下熔融混合均匀，然后用光引发剂相应波长的光源引发所述双端乙烯基液晶单体、扩链剂和交联剂在120℃～160℃下发生聚合反应，生成初步交联产物；
[0010](b)将所述初步交联产物在室温下按100％～150％的形变率进行拉伸，其中所述形变率为所述液晶弹性体在所述拉伸的方向上的尺寸增加量与所述液晶弹性体在所述拉伸的方向上的原始尺寸的百分比；
[0011](c)将经拉伸的所述初步交联产物暴露在合适波长的光源下，使光碱生成碱催化剂，并通过加热使所述双端环氧液晶单体与剩余的扩链剂和交联剂发生反应，得到单畴液晶弹性体，反应温度为70℃～120℃，辐照时间为0.5～2h。
[0012]本专利技术第三方面提供一种液晶驱动器件，其中采用根据本专利技术的液晶弹性体。
[0013]本专利技术通过采用合适的液晶单体、扩链剂和交联剂通过机械拉伸两步法制备单畴液晶弹性体，与常用的两步法不同。本方法通过硫醇
‑
环氧点击化学实现交联网络的固定，能够有效的解决氧气阻聚、体积收缩率大等问题。并且，本专利技术的单畴液晶弹性体具有优异的稳定性。因此，采用本专利技术的液晶弹性体，能使液晶驱动元件具有较高的驱动稳定性。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是本专利技术一个实施例提供的单畴液晶弹性体的制备流程示意图。
[0016]图2是本专利技术实施例1的驱动形变率测试图。
[0017]图3为本专利技术实施例1的傅里叶变换红外光谱图。其中图3(a)为不同条件下液晶单体及反应物的傅里叶变换红外光谱图，图3(b)为C
‑
O在相应条件下的光谱图，图3(c)为C＝C在相应条件下的光谱图，图3(d)为
‑
SH在相应条件下的光谱图，图3(e)为
‑
OH在相应条件下的光谱图。
[0018]图4是本专利技术实施例1的制备时间和驱动应变与其余两步法的制备时间与驱动应变对比。
[0019]图5是本专利技术对比例的傅里叶变换红外光谱图。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术。
[0021]为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同
样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
[0022]在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中“多种”的含义是两种以上。
[0023]本专利技术的上述
技术实现思路
并不意欲描述本专利技术中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实施例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
[0024]本专利技术提供一种液晶弹性体的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0025](a)使液晶单体、光碱、扩链剂和交联剂经聚合反应得到液晶弹性体；
[0026](b)将所述初步交联产物在室温下按100％～150％的形变率进行拉伸；
[0027](c)将经拉伸的所述初步交联产物暴露在合适波长的光源下，使光碱生成碱催化剂，并通过加热使所述双端环氧液晶单体与剩余的扩链剂和交联剂在碱催化下发生反应，得到单畴液晶弹性体。
[0028]步骤(a)中，液晶单体选自双端丙烯酸酯类液晶单体。在一些实施例中，双端丙烯酸酯类液晶单体的主链的两端均为丙烯酸酯基团。在一些实施例中，优选地，液晶单体选自式(I)和式(Ⅱ)所述的化合物。
[0029][0030]式(I)和式(Ⅱ)中，所述R1、R2、R3、R4分别独立地表示氢或甲基，
[0031]在一些实施例中，双端环氧液晶单体可选自2
‑
甲基
‑
1,4
‑
亚苯基双(4
‑
(辛
‑7‑
烯
‑1‑
氧基)苯甲酸酯)和1,4
‑
亚苯基双(4
‑
(辛
‑7‑
烯
‑1‑
氧基)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正交点击化学的液晶弹性体，其特征在于，由液晶单体、光碱、扩链剂和交联剂反应得到，其中，所述液晶单体选自式(I)和(Ⅱ)所示的化合物，所述扩链剂选自二巯基单体，所述交联剂选自三巯基单体和四巯基单体中的一种或多种，其中，式(I)为双端乙烯基液晶单体，式(Ⅱ)为双端环氧液晶单体；式(I)和式(Ⅱ)中，所述R1、R2、R3、R4分别独立地表示氢或甲基。2.根据权利要求1所述的液晶弹性体，其特征在于，所述液晶单体的乙烯基与环氧基的总摩尔量与所述扩链剂和所述交联剂的总摩尔量之比为1：1。3.根据权利要求1所述的液晶弹性体，其特征在于，所述双端乙烯基液晶单体与双端环氧液晶单体的摩尔比为1：1～9：1。4.根据权利要求1所述的液晶弹性体，其特征在于，所述交联剂与所述扩链剂的摩尔比为1：1～1：8。5.根据权利要求1所述的液晶弹性体，其特征在于，所述双端乙烯基液晶单体选自2
‑
甲基
‑
1,4
‑
亚苯基双(4
‑
((6
‑
(环氧乙烷
‑2‑
基己基)氧基)苯甲酸酯)和1,4
‑
亚苯基双(4
‑
((6
‑
(环氧乙烷
‑2‑
基)己基)氧基)苯甲酸酯)中的一种或多种；所述双端环氧液晶单体选自2
‑
甲基
‑
1,4
‑
亚苯基双(4
‑
(辛
‑7‑
烯
‑1‑
氧基)苯甲酸酯)和1,4
‑
亚苯基双(4
‑
(辛
‑7‑
烯
‑1‑
氧基)苯甲酸酯)中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的液晶弹性体，其特征在于，所述光碱由碱催化剂与相应的配合物合成得到，碱催化剂选自1,8
‑
二氮杂双环[5.4.0]十一碳
‑7‑

【专利技术属性】
技术研发人员：董智翔，李宇展，姜乃生，奥兰多，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：