[发明专利]一种侧基含肉桂基交联单体的主链型液晶弹性体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种侧基含肉桂基交联单体的主链型液晶弹性体及其制备方法。该种液晶弹性体是将液晶基元、光交联单体和连接基团这三者先通过高温熔融缩聚的方法制备得到液晶共聚酯，然后通过热压得到厚度均匀的薄膜，在液晶态下对其进行拉伸取向(单畴取向态)，再利用分子侧基上肉桂基团的光化学反应将液晶的单畴取向态交联固定起来，制备得到多功能单畴液晶弹性体智能材料。这种制备方法不需要溶剂、昂贵的催化剂，无小分子单体残留，能够实现清洁化生产，同时结合各种高分子取向工艺如纺丝，薄膜拉伸等就可以实现工业化生产。该单畴液晶弹性体对热具有很快速的响应致动性，经过特殊的表面处理后能够实现多种响应方式和响应行为。

技术领域

本发明涉及一种热致可逆形变的单畴液晶弹性体领域，特别涉及一种侧基含肉桂基交联单体的主链型液晶弹性体及其制备方法。

背景技术

单畴的液晶弹性体同时结合了聚合物网络的橡胶弹性(熵弹性)和液晶态的取向有序性，对外界的一系列刺激(如热、光、电场、磁场或pH等)同样能够产生很大的形状改变。人工肌肉能够模仿人体肌肉，在外部刺激的作用下可以实现可逆伸缩，弯曲，束紧或膨胀等功能，一直以来都是国内外研究的热点。早在1975年著名的法国物理学家P.G.de Gennes就预测了液晶弹性体可以成为人工肌肉材料的良好选择，能够满足其各项性能的指标。只有单畴取向的液晶弹性体才具有在各向同性相-液晶相之间产生自发可逆的收缩/膨胀行为，在升温时材料在宏观上表现为收缩；当降温时材料在宏观上又表现为伸展或膨胀。由于所有畴中的液晶基元取向性是一致的，因此在这一可逆过程中产生的微小形变才能在宏观整体上表现为大幅度的收缩和伸展，这一特性为各种致动器、人工肌肉和微型机器人等器件的开发与应用提供了基础。

要实现上述的这一功能，最重要的就是制备单畴取向的液晶弹性体。根据化学合成方法分类，单畴液晶弹性体的传统制备方法主要有两种，分别是两步交联法和一步合成法。两者各有其优点和独特之处，但是也存在着一些局限性。前者是先制备出液晶聚合物前体，然后再用交联剂交联，一般是通过氢化硅烷化反应制得，可以通过分子设计制备得到尾接型、腰接型液晶弹性体，以及带有光敏性的偶氮单畴液晶弹性体。但是其最大的不足在于聚合反应不能彻底进行，导致制备得到的液晶弹性体中仍有少量的单体残留，这些小分子单体随着时间的推移可能发生迁移和相分离，这将影响其最终制品的使用性能和寿命；一步合成法是直接形成交联网络结构，液晶高分子与交联剂直接发生聚合反应，相比于大分子，小分子液晶更容易取向而且可用于多种制备方法。但是难点在于为了满足聚合工艺、赋予小分子液晶单体多官能化，液晶单体的结构相对复杂，需要多步有机合成才能得到相应的单体。此外，上述方法存在的局限性限制了单畴液晶弹性体的大面积制备和工业化生产，因此需要探讨出更加简单易行的制备方法。基于以上方法优缺点的对比和之前的相关研究，我们在诸多综述文献中受到启发：将近晶型液晶高分子先在液晶态进行取向拉伸，然后再用共价键将其取向结构交联固定，同样可以制备得到单畴液晶弹性体。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种侧基含肉桂基交联单体的主链型液晶弹性体(也称单畴液晶弹性体)及其制备方法，为了解决单畴液晶弹性体的两种传统制备方法中存在的局限性和不足。其中两步交联法的聚合反应不彻底，制备的液晶弹性体中有单体残留；一步合成法的难点在于合成步骤较为复杂繁琐。这些缺点和不足限制了单畴液晶弹性体的大面积制备和工业化生产。本发明的申请人研究探索出一种简单易行的制备新方法以及清洁化的制备工艺，设计并成功制备出新型单畴液晶弹性体智能材料，即侧基含肉桂基交联单体的主链型液晶弹性体。