一种基于正交点击化学的液晶弹性体及其制备方法与液晶驱动元件

本发明属于液晶材料，具体涉及一种液晶弹性体及其制备方法与液晶驱动元件。

背景技术：

1、液晶弹性体(lces)是一种具有智能形变能力的材料，在受到外界刺激(如光、热、磁场、湿度)时会产生可逆形变，因此在软体机器人和驱动器件领域具有广泛的应用前景。

2、lces实现可逆形变的关键是控制交联网络中的整体液晶(lc)取向，从而形成单畴液晶弹性体。目前有多种技术来诱导宏观的lc取向，如将部分固化的lces进行机械拉伸，然后进行光聚合二次交联(两步法)；活性lc单体的表面取向或场诱导取向等。虽然表面和场诱导取向技术允许制备具有复杂lc取向的lce，但它们不适合制造大而厚的样品。相比之下，机械拉伸两步法没有这些限制，因此两步法仍然是制备单畴lce驱动器应用最广泛的策略。然而，目前的两步法主要依靠丙烯酸酯的均聚来形成最终的交联网络。诸如氧气阻聚和交联网络均一性等问题对材料加工构成了巨大的挑战。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于硫醇-环氧和硫醇-烯点击化学的液晶弹性体制备方法。在本方法中，首先通过硫醇-环氧反应来形成初步交联产物，经机械拉伸后，通过硫醇-烯反应来固定最终的交联网络。

2、本发明第一方面提供一种液晶弹性体，其由液晶单体、扩链剂和交联剂通过聚合反应得到，其中，所述液晶单体选自式(i)和式(ⅱ)所述的化合物，所述扩链剂选自二巯基单体，所述交联剂选自三巯基单体和四巯基单体中的一种或多种。

3、

4、其中，式(i)为双端乙烯基液晶单体，式(ⅱ)为双端环氧液晶单体；式(i)和式(ⅱ)中，所述r1、r2、r3、r4分别独立地表示氢或甲基。

5、本发明第二方面提供上述液晶弹性体的制备方法，包括以下步骤：

6、(a)提供包含所述液晶单体、光引发剂、扩链剂和交联剂的混合物，将混合物在85℃～95℃下熔融混合均匀，然后加入催化剂催化所述双端环氧液晶单体、扩链剂和交联剂在120℃～160℃下发生聚合反应，生成初步交联产物；

7、(b)将所述初步交联产物在室温下按100％～150％的形变率进行拉伸，其中所述形变率为所述液晶弹性体在所述拉伸的方向上的尺寸增加量与所述液晶弹性体在所述拉伸的方向上的原始尺寸的百分比；

8、(c)将经拉伸的所述初步交联产物暴露在合适波长的光源下，引发所述双端乙烯基液晶单体与剩余的扩链剂和交联剂发生反应，得到单畴液晶弹性体，反应温度为室温，辐照时间为0.5～2h。

9、本发明第三方面提供一种液晶驱动器件，其中采用根据本发明的液晶弹性体。

10、本发明通过采用合适的液晶单体、扩链剂和交联剂通过机械拉伸两步法制备单畴液晶弹性体，与常用的两步法不同。本方法通过硫醇-烯点击化学实现交联网络的固定，能够有效的解决氧气阻聚、体积收缩率大等问题。并且，本发明的单畴液晶弹性体具有优异的稳定性。因此，采用本发明的液晶弹性体，能使液晶驱动元件具有较高的驱动稳定性。

技术特征：

1.一种基于正交点击化学的液晶弹性体，其特征在于，由液晶单体、扩链剂和交联剂反应得到，其中，所述液晶单体选自式(i)和(ⅱ)所示的化合物，所述扩链剂选自二巯基单体，所述交联剂选自三巯基单体和四巯基单体中的一种或多种，

2.根据权利要求1所述的液晶弹性体，其特征在于，所述液晶单体的环氧基与乙烯基的总摩尔量与所述扩链剂和所述交联剂的总摩尔量之比为1：1。

3.根据权利要求1所述的液晶弹性体，其特征在于，所述双端环氧液晶单体与双端乙烯基液晶单体的摩尔比为1：1～9：1。

4.根据权利要求1所述的液晶弹性体，其特征在于，所述交联剂与所述扩链剂的摩尔比为1：1～1：8。

5.根据权利要求1所述的液晶弹性体，其特征在于，所述双端环氧液晶单体选自2-甲基-1,4-亚苯基双(4-(辛-7-烯-1-氧基)苯甲酸酯)和1,4-亚苯基双(4-(辛-7-烯-1-氧基)苯甲酸酯)中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的液晶弹性体，其特征在于，所述双端乙烯基液晶单体选自2-甲基-1,4-亚苯基双(4-((6-(环氧乙烷-2-基己基)氧基)苯甲酸酯)和1,4-亚苯基双(4-((6-(环氧乙烷-2-基)己基)氧基)苯甲酸酯)中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的液晶弹性体，其特征在于，所述扩链剂选自3,6-二氧-1,8-辛二硫醇、双(3-巯基丙酸)乙二醇、1，6己二硫醇中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的液晶弹性体，其特征在于，所述交联剂选自3-巯基丙酸-2-乙基-2-[(3-巯基-1-氧代丙氧基)甲基]-1,3-丙二酯和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯中的一种或多种。

9.权利要求1至8任一项所述液晶弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种液晶驱动元件，其中采用根据权利要求1-8任一项所述的液晶弹性体或根据权利要求9所述方法制备得到的液晶弹性体。

技术总结
本发明公开了一种液晶弹性体及其制备方法与液晶驱动元件。所述液晶弹性体通过使液晶单体、扩链剂和交联剂发生聚合反应得到。液晶单体选自双端乙烯基类液晶单体和双端环氧类液晶单体。扩链剂选自二巯基单体。交联剂选自三巯基单体和四巯基单体中的一种或多种。本发明的液晶弹性体基于正交点击化学，聚合过程分为两步，第一步是通过碱催化的硫醇环氧点击化学生成一个轻度交联网络，将第一步的样品进行机械拉伸后，通过自由基引发的硫醇烯点击化学进行第二步交联，获得单畴液晶弹性体。本发明通过硫醇‑烯点击化学实现交联网络的固定，能够有效的解决氧气阻聚、体积收缩率大等问题。并且本发明的单畴液晶弹性体具有优异的稳定性。

技术研发人员：董智翔,李宇展,姜乃生,奥兰多·里奥斯
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14