一种光致变色液晶薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于液晶领域，具体涉及一种光致变色液晶薄膜及其制备方法和应用。本发明专利技术将光致变色化合物螺噁嗪、螺吡喃、萘并吡喃等引入交联的胆甾相液晶网络中，制备了一系列具有光致变色效果的高分子胆甾相液晶薄膜。本发明专利技术制备了一种掺杂有光致变色化合物的胆甾相液晶膜。即利用液晶单体、交联剂、手性掺杂剂、光引发剂以及光致变色分子，通过紫外光引发使得体系固化成膜。通过改变手性掺杂剂的浓度可以调节薄膜自身的反射颜色，薄膜在阳光下能够较快地变色及褪色并能迅速显示出图案。所得材料可应用于光学防伪等方面。本发明专利技术工艺路线简单、原料消耗量少、成本低、反应时间短、操作方便。操作方便。操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种光致变色液晶薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于液晶领域，具体涉及一种光致变色液晶薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]绝大多数光致异构型分子在受到紫外光辐照后能够发生结构异构化而引起吸收光谱的变化，进而实现宏观上颜色的改变；在其他波长的光的照射下或加热的条件下又可以恢复成原来的颜色。这类光致变色化合物主要包括俘精酸酐类、萘并吡喃类、二芳基乙烯类、螺噁嗪类、螺吡喃类等。这些对光刺激具有可逆的变色
‑
褪色响应的光开关分子在光存储器件、全息光栅以及光学防伪等领域具有广泛的应用前景。例如目前市场上比较流行的树脂变色眼镜，主要是通过在树脂单体中加入螺噁嗪类或螺吡喃类化合物来达到变色效果。
[0003]一般而言，这类光开关分子在固态条件下不具有光致变色性能，而在溶液状态下或聚合物薄膜中能够提供分子结构异构化所需的足够的自由体积，因此能够达到良好的变色效果。例如将光致变色分子掺入柔性、可调和有机介质液晶中并制备成聚合物薄膜，从而将液晶化合物与光致变色物质相结合,能充分发挥两者各自的优良性能及两者之间的协同效果，使其兼具有机光致变色小分子材料及普通液晶高分子材料的优越性，旨在开发各种新型的光学器件。(G.Petriashvili,et al.,Rewritable Optical Storage with a Spiropyran Doped Liquid Crystal Polymer Film[J].Macromol.Rapid Commun.,2016,37,500/>‑
505.G.Petriashvili,et al.,Spiropyran dopedrewritable cholesteric liquid crystal polymer film for the generation ofquickresponse codes Opt.Mater.Express.[J],2018,12,3708
‑
3716.)

技术实现思路

[0004]本专利技术将光致变色化合物螺噁嗪、螺吡喃、萘并吡喃等引入交联的胆甾相液晶网络中，制备了一系列具有光致变色效果的高分子胆甾相液晶薄膜。即利用液晶单体、交联剂、手性掺杂剂、光引发剂以及光致变色分子，通过紫外光引发使得体系固化成膜。通过改变手性掺杂剂的浓度可以调节薄膜自身的反射颜色，薄膜在阳光下能够较快地变色及褪色并能迅速显示出图案。
[0005]本专利技术提供一种光致变色液晶薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0006](1)称取液晶化合物、交联剂、手性掺杂剂、光引发剂以及光致变色化合物加入混合溶剂中，得到液晶混合物；所述液晶化合物的通式为：
[0007][0008]其中，n＝2
‑
8；
[0009](2)用线棒在PET基体上刮涂混合物溶液并蒸发溶剂，紫外光交联固化，得到所述
光致变色液晶薄膜。
[0010]优选的，所述光致变色化合物的通式如1a或1b所示：
[0011][0012]其中，X为CH或N；
[0013]R1为
‑
H、
‑
COOH、
‑
NO2、
‑
CH3、
‑
OCH3或
‑
OH；
[0014]R2为
‑
NO2、
‑
OCH3、
‑
CH3、
‑
H、
[0015]p为0
‑
10中的任一整数；
[0016]R3和R4独立选自
‑
H、
‑
CH3、
‑
OCH3或苯基。
[0017]具体的，光致变色化合物螺噁嗪、螺吡喃、萘并吡喃等的制备：
[0018]1.螺噁嗪化合物和螺吡喃化合物的制备
[0019](1)吲哚化合物的合成
[0020]称取苯肼或4
‑
羧基苯肼盐酸盐(23
‑
26g)于三颈烧瓶中，加入乙醇或乙酸(100
‑
150mL)作为溶剂，在搅拌的条件下加入甲基异丙基甲酮(18g
‑
21g),搅拌并加热至回流(80
‑
90℃)，4
‑
5h后反应完成，蒸除溶剂，最后进行减压蒸馏得到橙红色油状液体。
[0021](2)吲哚碘化物的合成
[0022]称取吲哚化合物(19
‑
21g)于三颈烧瓶中，加入乙腈或甲苯(90
‑
100mL)作为溶剂，在50
‑
80℃下搅拌回流10
‑
30min，随后将碘甲烷或碘乙烷(25
‑
28g)加入烧瓶中反应2
‑
6h。反应过程中溶液由原来的橙红色变为黑色，利用薄层色谱法监测反应，反应完成后抽滤并用乙醇多次洗涤产物，最后得到粉红色固体粉末。
[0023](3)1
‑
亚硝基
‑2‑
萘酚的合成
[0024]将2
‑
萘酚(10～12g)和氢氧化钠(2.8～3.2g)溶解于200mL蒸馏水中，同时将10
‑
40mL亚硝酸钠水溶液(3.6mol/L)缓慢滴加入上述混合物溶液中并保持溶液温度在0～5℃之间，随后缓慢滴加质量浓度为25％的硫酸溶液，滴加完毕后持续反应1
‑
4小时，反应过程中始终保持温度在5℃以下。反应完成后将反应液静置约半小时，有黄色沉淀析出，抽滤并多次用蒸馏水洗涤沉淀，最后干燥得到棕色固体粉末。
[0025](4)螺噁嗪化合物的合成
[0026]称取1
‑
亚硝基
‑2‑
萘酚(5.7～6g)于三颈烧瓶中，加入乙醇或甲醇(150～200mL)作为溶剂。氮气保护下在40
‑
80℃下搅拌10
‑
30分钟，待固体完全溶解后溶液呈黑色。称取吲哚碘化物(10～11g)并使其在90mL乙醇或甲醇中完全溶解，转移至恒压滴液漏斗中以2s每滴的速度滴加入三颈烧瓶中，滴加完毕后加入哌啶(1～1.5mL)作为催化剂，升温至60
‑
90℃开始反应，利用薄层色谱法监测反应进程，反应完毕后通过柱层析法分离得到淡黄色固体粉末。
[0027](5)螺吡喃化合物的合成
[0028]称取2
‑
羟基
‑1‑
萘甲醛(5.5～6g)于三颈烧瓶中，并加入乙醇或甲醇(150～200mL)作为溶剂，氮气保护下在40
‑
80℃下搅拌10min，待固体完全溶解后溶液呈黑色。称取吲哚碘化物(10～11g)并使其在90mL乙醇或甲醇中完全溶解，转移至恒压滴液漏斗中以2s每滴的速度滴加入三颈烧瓶中，滴加完毕后加入哌啶(0.5～1.5mL)作为催化剂，升温至60
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光致变色液晶薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将液晶化合物、交联剂、手性掺杂剂、光引发剂和光致变色化合物加入混合溶剂中，得到液晶混合物；所述液晶化合物的通式为：其中，n＝2
‑
8；(2)将所述液晶混合物涂抹在无色透明的薄膜基体上，干燥，固化，得到所述光致变色液晶薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光致变色化合物的通式如1a或1b所示：其中，X为CH或N；R1为
‑
H、
‑
COOH、
‑
NO2、
‑
CH3、
‑
OCH3或
‑
OH；R2为
‑
NO2、
‑
OCH3、
‑
CH3、
‑
H、p为0
‑
10中的任一整数；R3和R4独立选自
‑
H、
‑
CH3、
‑
OCH3或苯基。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂的通式为：其中，q＝2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永刚，赵海峰，李艺，李宝宗，刘玮，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：