[发明专利]一种侧链型液晶聚合物液晶物理凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明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10⁴Pa以上)、热稳定性好(凝胶‑溶胶转变温度超过190℃)、小分子液晶含量高，同时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‑溶胶相转变温度以满足不同条件的使用需求。

技术领域

本发明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。

背景技术

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Takashi Kato等(Advanced Materials,1998,10(8):606；Chemistry of materials,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Norihiro Mizoshita等(Journal of MaterialsChemistry12.8(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。Takashi Kato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。Takashi Kato等(Bulletin of the Chemical Society of Japan,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。