一种液晶高分子修饰的纳米粒子构筑单畴液晶弹性体的方法技术

本发明专利技术公开了一种液晶高分子修饰的纳米粒子构筑单畴液晶弹性体的方法。首先制备液晶高分子修饰的纳米粒子，旋涂在盖玻片表面，经退火后制成液晶盒。然后将液晶单体、交联剂与引发剂进行共混，形成均一的液晶混合物，将所得的液晶混合物在其各向同性温度之上吸入液晶盒，缓慢降温至混合物液晶相区间，在该温度区间对液晶混合物进行原位聚合，即可得到单畴取向的液晶弹性体薄膜。该方法利用液晶高分子修饰的纳米粒子构筑单畴液晶弹性体，可产生特殊的热致形变，且该方法制备液晶弹性体简单易行，取向度高，在人造肌肉、传感器、执行器等方面具有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种液晶高分子修饰的纳米粒子构筑单畴液晶弹性体的方法
本专利技术公开了一种制备垂直取向的液晶弹性体的方法，属于材料
，特别涉及一种液晶高分子修饰的纳米粒子构筑单畴液晶弹性体的方法。
技术介绍
液晶弹性体是由部分交联的液晶高分子所形成，是一类结合了液晶的有序性与三维空间网络结构的软弹性的形状记忆材料。单畴取向的液晶弹性体在升温至各向同性转变温度时，取向的液晶基元由有序至无序的转变引起材料形状的变化，降温至液晶相区间时又可以恢复原始形状，这种可逆的形状变化使液晶弹性体在传感器、执行器、人造肌肉等方面具有潜在的应用价值。通常采用两步法制备单畴取向液晶弹性体，但该合成方法复杂，成本较高，且大多数都是平行取向的液晶弹性体。为了制备单畴取向的液晶弹性体，本专利技术试图利用液晶高分子修饰的纳米粒子作为基底诱导液晶单体取向，之后利用原位聚合一步法快速制备单畴液晶弹性体。同时，该单一取向的液晶弹性体可发生热致形变，简化了制备过程，降低了工艺成本，为将来的形状记忆材料的应用提供了更多的可行性选择方案。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种液晶高分子修饰的纳米粒子构筑单畴液晶弹性体的方法。本专利技术的技术方案为：一种液晶高分子修饰的纳米粒子构筑单畴液晶弹性体的方法。所述方法包括如下步骤：(1)制备液晶高分子修饰的纳米粒子，将所得的液晶高分子修饰的纳米粒子溶于有机溶剂，再旋涂于盖玻片上，经退火处理后制成液晶盒。(2)将液晶单体、交联剂与引发剂共混，溶于有机溶剂，待溶剂挥发后形成均一的液晶混合物。(3)将所得的液晶混合物吸入液晶盒，退火后进行原位聚合，液晶单体交联形成液晶弹性体，去除掉玻璃基底即可得到单畴取向的液晶弹性体薄膜。进一步，所述步骤(1)中的液晶高分子修饰的纳米粒子结构如式Ⅰ所示：式Ⅰ中，M为金纳米粒子、镍纳米粒子、碳纳米管、多面体齐聚倍半硅氧烷(POSS)中的一种；式Ⅰ中，N为硫、烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一种；式Ⅰ中，n≥30，A为烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一种；式Ⅰ中，B为氢、烷基或烷氧基中的一种；式Ⅰ中，C为式Ⅱ中一种：式Ⅱ中，其中R1为(CH2)n，(CH2)nO中的一种，且0≤n≤18；其中R2为H，(CH2)nCH3，O(CH2)nCH3，NH(CH2)nCH3，CN，NO2，SO3Na中的一种，且0≤n≤18。进一步，所述步骤(2)中液晶单体分子结构如式Ⅲ所示：式Ⅲ中，其中R1为(CH2)n，且0≤n≤10；其中R2为(CH2)n，(CH2)nO中的一种，且0≤n≤10。进一步，所述步骤(2)中交联剂分子结构如式Ⅳ所示：式Ⅳ中，其中R3为(CH2)n，且0≤n≤10；其中R4为H，CH3的一种。进一步，所述步骤(2)中引发剂为热引发剂、光引发剂的一种。其中光引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮中的一种。其中热引发剂为偶氮二异丁氰、偶氮二异庚氰、过氧化二苯甲酰中的一种。进一步，所述步骤(2)中形成均一混合物所用有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮中的一种。进一步，所述步骤(3)中混合物吸入液晶盒时的温度为混合物各向同性温度以上。进一步，所述步骤(3)中原位聚合为光引发聚合、热引发聚合中的一种。进一步，所述步骤(3)中利用氢氟酸溶液刻蚀盖玻片得到液晶弹性体薄膜。本专利技术具有如下的技术效果：(1)本专利技术利用液晶高分子修饰的纳米粒子作为基底制备液晶弹性体，为一步法合成，操作简单，成本低，为软弹性材料制备提供了一种新的合成方法。(2)本专利技术制备的液晶弹性体具有均一的单畴取向，具有特殊的热致形变，在执行器、人造肌肉等方面具有潜在的应用价值。附图说明图1为实施例1中液晶单体、交联剂和光引发剂三者混合物在液晶盒中取向的偏光图(右上角为锥光图)；图2为实施例1中单畴液晶弹性体薄膜的二维广角X射线衍射图；图3为实施例1中单畴液晶弹性体薄膜热致形变图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术并不限于此。实施例1一种利用联苯液晶高分子修饰的金纳米粒子制备单畴取向的液晶弹性体的方法，包括如下步骤：原料：4-(6-丙烯酰氧基己氧基)-4'-氰基联苯，1,4-双-[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯，2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮，乙二醇，2-溴-2-甲基丙酰溴，三乙胺，五甲基二乙烯三胺，溴化亚铜，alpha-硫辛酸，三水合四氯金酸，四辛基溴化铵，硼氢化钠，4-二甲氨基吡啶，四氢呋喃(THF)，甲苯，氧化铝(Al2O3)。(1)联苯液晶高分子修饰的金纳米粒子的合成并制备成液晶盒液晶单体：6-[4′-(4-苯氧基)对丁基联苯]甲基丙烯酸己酯催化剂：溴化亚铜(CuBr)引发剂：异溴丁酸羟乙酯(HEBI)配体：五甲基二乙烯三胺(PMDETA)在干净的聚合玻璃管中依次放入一粒小磁子、单体、PMDETA、CuBr、HEBI(摩尔投料比例为n：1：1：1，其中n为目标聚合物的聚合度，n＝50)。之后加入精制氯苯作为溶剂，将其反应浓度调节为30％。经冷冻-抽真空-鼓氮气循环操作三次以上后，真空封管，置于恒温油浴锅75℃下，恒温反应6小时后，取出聚合管放置于冰水浴中，终止其聚合反应。小心敲开聚合管，用氯苯溶液稀释聚合物溶液，将溶液滴加到装有AlO3的色谱柱中。旋干至少量溶剂后沉降至大量无水甲醇中以除去单体。过滤，后将所得聚合物置于真空干燥箱干燥，40℃下恒温12h，得到联苯液晶高分子。在装有200mL精制THF的500mL的圆底烧瓶中依次加入联苯液晶高分子(3g,0.2mmol)，alpha-硫辛酸(0.618g,3mmol)，DMAP(0.0366g,0.3mmol)，TEA(0.07g,0.6mmol)，冰浴后使混合溶液温度低于0℃后加入DCC(0.0618g，0.3mmol)，搅拌反应3h后，室温下继续搅拌反应24h。点板跟踪反应进度，反应完成后，将混合液的沉淀过滤。旋干溶剂后，得黄色粗产物。将粗产物溶于少量THF后，沉降至大量无水甲醇中，离心，后将样品放入真空干燥箱中，40℃下恒温保持24h，得到含联苯液晶基元的目标高分子配体。其中所得液晶高分子配体结构式如下：其中代表用移液枪移取HAuCl4·3H2O水溶液(0.50mL,30mmol/L,0.015mmol)和TOAB甲苯溶液(2mL,50mmol/L,0.1mmol)至100mL圆底烧瓶中，室温下剧烈搅拌至下层水溶液无色。相分离后，加入联苯液晶高分子配体(225mg,0.015mmol)。继续搅拌30min，将NaBH4水溶液(0.50mL,0.40mol/L,0.20mmol)缓慢逐滴加入到有机相中。继续搅拌3h后，分离有机相，用H2O洗涤2次。旋干至剩余1mL溶剂，沉降至200mL无水乙醇中。在-10℃下保持12h，超声，离心。重复沉降—超声—离心步骤至上层清液中没有联苯液晶高分子配体(点板)。将所得产物置于40℃真空干燥箱中恒温保持24h，即得联苯液晶高分子配体修饰的金纳米粒子。将联苯液晶高分子修饰的金纳米粒子以1％的质量分数溶于甲苯，旋涂于盖玻片得到液晶高分子纳米粒子薄膜，进行退火。然后，利用两片退火后的含液晶高分子纳米粒子的盖玻片制成液晶盒，待用。(2)制备液晶弹性体薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液晶高分子修饰的纳米粒子构筑单畴液晶弹性体的方法，包括如下步骤：(1)制备液晶高分子修饰的纳米粒子，将所得的液晶高分子修饰的纳米粒子溶于有机溶剂，再旋涂于盖玻片上，经退火处理后制成液晶盒。(2)将液晶单体、交联剂与引发剂共混，溶于有机溶剂，待溶剂挥发后形成均一的液晶混合物。(3)将所得的液晶混合物吸入液晶盒，退火后进行原位聚合，液晶单体交联形成液晶弹性体，去除掉玻璃基底即可得到单畴取向的液晶弹性体薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种液晶高分子修饰的纳米粒子构筑单畴液晶弹性体的方法，包括如下步骤：(1)制备液晶高分子修饰的纳米粒子，将所得的液晶高分子修饰的纳米粒子溶于有机溶剂，再旋涂于盖玻片上，经退火处理后制成液晶盒。(2)将液晶单体、交联剂与引发剂共混，溶于有机溶剂，待溶剂挥发后形成均一的液晶混合物。(3)将所得的液晶混合物吸入液晶盒，退火后进行原位聚合，液晶单体交联形成液晶弹性体，去除掉玻璃基底即可得到单畴取向的液晶弹性体薄膜。2.如权利要求1所述的一种液晶高分子修饰的纳米粒子构筑单畴液晶弹性体的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的液晶高分子修饰的纳米粒子结构如式Ⅰ所示：式Ⅰ中，M为金纳米粒子、镍纳米粒子、碳纳米管、多面体齐聚倍半硅氧烷(POSS)中的一种；式Ⅰ中，N为硫、烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一种；式Ⅰ中，n≥30，A为烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一种；式Ⅰ中，B为氢、烷基或烷氧基中的一种；式Ⅰ中，C为式Ⅱ中一种：式Ⅱ中，其中R1为(CH2)n，(CH2)nO中的一种，且0≤n≤18；其中R2为H，(CH2)nCH3，O(CH2)nCH3，NH(CH2)nCH3，CN，NO2，SO3Na中的一种，且0≤n≤18。3.如权利要求1所述的一种液晶高分子修饰的纳米粒子构筑单畴液晶弹性体的方法，其特征在于，所述步骤(2)中液晶单体分子结构如式Ⅲ所示：式Ⅲ中，其中R1为(CH2)n，且0≤n≤10；...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢鹤楼，胡俊，匡泽洋，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43