一种基于甲壳型液晶的自愈合液晶弹性体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种液晶弹性体及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 高分子液晶结合了液晶的有序性和高分子材料的优良性能。甲壳型液晶高分子是 指一类液晶基元通过一个共价键或很短的间隔基在重心位置（或腰部）与高分子主链相连 的液晶高分子。由于侧基和主链存在较强的相互作用，众多庞大的刚性侧基会迫使柔性主 链采取伸直链的构象，从而使得整个分子出现柱状的特征，这些特点使甲壳型液晶高分子 成为有别于主链型和侧链型的第三类液晶高分子。甲壳型液晶聚合物的侧基一般包裹在聚 合物主链外围，对侧基进行功能化修饰可得到具有特殊光学性质、电学性质的新型聚合物 材料。
[0003] 液晶弹性体具有网络高分子优良的机械性能、热力学和化学稳定性，且该类材料 同时具有橡胶态弹性和液晶性，因而显示出一些比较独特的性质和功能，如压电性，铁电 性，和光学性质。液晶弹性体光学材料和高分子材料具有光损伤阈值较高、响应速度快，易 于设计加工等优点，但是这些材料的缺点就是材料老化之后其光响应消失。同时液晶弹性 体朝着多功能化，智能化及生命化方向发展，先后有人报道了离子型液晶弹性体，生物液晶 弹性体，2000年Finkelmalin报道了液晶弹性体有可能被用来制作人造肌肉，这些都预示 着液晶弹性体可作为功能性高分子材料来制作生命医疗材料，但是这些材料都面临着易老 化的缺点。
[0004] 自愈合的特性之一是受到外界损伤之后具有自愈合能力和再生功能。本发明将自 愈合的概念引入液晶弹性体中，提供一种基于甲壳型自愈合液晶弹性体及其制备方法。其 设计的关键在于将动态键引入甲壳型自愈合液晶弹性体中，通过合理的分子设计引入可逆 的非共价键-多重氢键，由于氢键的可逆交联作用，在一定条件下，在缺陷处分子链运动并 相互作用形成新的氢键，使得此种弹性体材料具有一定的自愈合性能。通过非共价键交联 修复材料的机械损伤，恢复其力学性能，同时也恢复其他性能，例如导电性、磁性、荧光性能 等。作为一种高分子智能材料，自愈合材料在解决软材料损伤修复，实现软材料智能化、高 效化和环境友好化具有重要意义。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在通过引入可逆共价键-多重氢键构筑具有自愈合能力的甲壳型液晶 弹性体，由于自愈合的引入将会显著减少材料内部的裂纹，提高材料综合性能，延长材料的 使用寿命和材料的可重复利用性。首先选择合适的反应原料和反应途径，合成含有多重氢 键的单体和含有介晶基元体积较大的侧基通过较短的间隔基与双键相连的液晶单体，在合 适的反应条件下设计并合成具有甲壳型效应聚合物，通过调节氢键交联剂的量，在不影响 其液晶性的条件下制备交联度不同的甲壳型自愈合液晶弹性体。
[0006] 本发明的技术方案是，一种基于甲壳型液晶的自愈合液晶弹性体，其具有刚性链 结构和含有多重氢键的侧链，结构如式I所示；
[0007]
【主权项】
1. 一种基于甲壳型液晶的自愈合液晶弹性体，其特征在于：其具有刚性链结构和含有 多重氢键的侧链，结构如式I所示；
式中，
-表示式π中所示液晶基元中的一种或多种：
M表示式III中所示结构中的一种；
1^为烧氧基、烧基中的一种，R2为氢*、烧基、烧氧基、氛基、氣基、联苯基兀中的一种，R3 为氢！、烧基、氛基中的一种，R5为烧基、氢!中的一种，R4为
中的一种； O < η < 13,且η取整数。
2. -种基于甲壳型液晶的自愈合液晶弹性体的制备方法，其特征在于， (1)取双键的液晶单体1、含有双键和氢键基团的单体2， 双键的液晶单体1结构式如式III :
式III中，
^表示式π中所示液晶基元中的一种； 1^为烧氧基、烧基中的一种，R2为氢*、烧基、烧氧基、氛基、氣基、联苯基兀中的一种； 含有双键和氢键基团的单体2结构式如式IV :
式IV中M表示式III中的一种。 R3为氢、烧基、氰基中的一种；
中的一种； R5为烷基、氢中的一种； O < η < 13,且η取整数； E为
中的一种； (2)利用自由基聚合的方法，用引发剂，在20?KKTC的条件下将单体1与单体2进行 共聚反应，得到具有自愈合性能的甲壳型液晶共聚物弹性体。
3. 根据权利要求2所述的一种基于甲壳型液晶的自愈合液晶弹性体的制备方法，其特 征在于=R1是烷氧基。
4. 根据权利要求2所述的一种基于甲壳型液晶的自愈合液晶弹性体的制备方法，其特 征在于：R2、R3是氢、烷基、或烷氧基中的一种。
5. 根据权利要求2所述的一种基于甲壳型液晶的自愈合液晶弹性体的制备方法，其特 征在于火为
中的一种。
6. 根据权利要求2所述的一种基于甲壳型液晶的自愈合液晶弹性体的制备方法，其特 征在于：R5为氢、烧基中的一种。
7. 根据权利要求2所述的一种基于甲壳型液晶的自愈合液晶弹性体的制备方法，其特 征在于：所述的引发剂是偶氮二异丁腈（AIBN)、偶氮二异庚腈（ABVN)中的一种。
8.根据权利要求2所述的一种基于甲壳型液晶的自愈合液晶弹性体的制备方法，其特 征在于：在所述步骤（2)中，单体1的质量为单体2的1?20倍，通过改变单体2与单体1 的相对质量，在不影响其液晶性能的条件可制备不同交联度的甲壳型自愈合液晶弹性体。
【专利摘要】本发明公开了一种基于甲壳型液晶的自愈合液晶弹性体及其制备方法，通过引入可逆共价键-多重氢键构筑具有自愈合能力的甲壳型液晶弹性体，由于自愈合的引入将会显著减少材料内部的裂纹，提高材料综合性能，延长材料的使用寿命和材料的可重复利用性。首先选择合适的反应原料和反应途径，合成含有多重氢键的单体和含有介晶基元体积较大的侧基通过较短的间隔基与双键相连的液晶单体，在合适的反应条件下设计并合成具有甲壳型效应聚合物，通过调节氢键交联剂的量，在不影响其液晶性的条件下制备交联度不同的甲壳型自愈合液晶弹性体。
【IPC分类】C09K19-38, C08F222-14, C08F212-34, C08F222-40
【公开号】CN104530315
【申请号】CN201410833409
【发明人】谢鹤楼, 唐军, 晏苗, 倪彬, 钟冠群, 张海良
【申请人】湘潭大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月23日