一种可聚合液晶化合物及基于其的液晶光学膜和制备方法

本发明属于光学器件用液晶化合物，具体涉及一种可聚合液晶化合物及基于其的液晶光学膜和制备方法。

背景技术：

1、相位延迟器是一种改变通过相位延迟器的光的偏振状态的光学器件，也被称为波片。当电磁波通过相位延迟器，其偏振方向(电场矢量的方向)变成平行或垂直于光轴的两部分(寻常光和非寻常光)组成的总和，并且两部分的矢量和根据所述相位延迟器的双折射率和厚度而变化，偏振方向在经过该相位延迟器后发生改变。

2、目前，制备用于所述相位延迟器的光学膜的问题在于低成本和简化工艺的情况下制备高性能光学膜。因此，当使用高双折射率的液晶化合物制备光学膜时可以用减少液晶化合物的用量，并且使用高双折射率的液晶化合物时，针对相同的延迟值可以减少成膜次数，简化工艺条件。

3、但是，现有的高双折射率的可聚合液晶化合物会由于高熔点的问题，在成膜时难以实现有效取向，限制了其生产实践中的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可聚合液晶化合物及基于其的液晶光学膜和制备方法，用以解决现有的可聚合液晶化合物由于高熔点的问题，在成膜时难以实现有效取向的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种可聚合液晶化合物，所述可聚合液晶化合物的化学式如下：

4、

5、其中，a1为c1-c10烷基、c1-c10烷氧基、c1-c10烷硫基、-cn或-ncs；

6、其中，为取代的亚苯基环，l为ch3、och3、c2h5、oc2h5、f或cl；

7、sp为c1-c10的亚烷基；p为可聚合基团。

8、进一步地，所述取代的亚苯基环的种类为：所述可聚合基团为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。

9、本发明还公开了上述可聚合液晶化合物的制备方法，包括以下步骤：

10、首先合成含柔性间隔基的炔类化学中间体，随后以含柔性间隔基的炔类化学中间体为原料合成双二苯乙炔衍生物；随后以双二苯乙炔衍生物为原料合成可聚合液晶化合物。

11、进一步地，合成含柔性间隔基的炔类化学中间体的具体步骤为：

12、s1：将化合物a、化合物b溶解于第一溶剂中，加入第一添加剂进行反应，反应结束后得到化合物c；

13、s2：将化合物c和硅炔溶解于第二溶剂中，加入金属催化剂进行反应，反应结束后得到化合物d；

14、s3：将化合物d溶解于第一溶剂中，加入碱性物质进行反应，得到含柔性间隔基的炔类化学中间体；

15、所述化合物a的结构式为：

16、所述化合物b的结构式为：br-sp-oh；

17、所述化合物c的结构式为：

18、所述化合物d的结构式为：

19、含柔性间隔基的炔类化学中间体的结构式为：

20、其中，l为含ch3、och3、c2h5、oc2h5、f或cl取代基的亚苯基环；sp为c1-c10的亚烷基。

21、进一步地，s1中，化合物a、化合物b、第一溶剂和第一添加剂的摩尔比为1～1.2：1～1.5：2～3.5：1.5～3；所述反应是在惰性气体下进行，所述反应的温度为50～220℃；

22、s2中，所述化合物c、硅炔和金属催化剂的摩尔比为1～1.2：1～1.5：0.01～0.05；所述反应是在惰性气体下进行，所述反应的温度为40～180℃；

23、s3中，所述化合物d、第一溶剂和第一碱性物质的摩尔比为1～1.2：2～3.5：0.2～0.5；所述反应是在室温下进行；

24、所述第一溶剂为甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、二甲亚砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺；所述碱性物质为碳酸钾、碳酸氢钾或氢氧化钾；所述第二溶剂为乙二胺、三乙胺或3-异氰酸丙烯；所述金属催化剂为铜基催化剂、铑基催化剂、钌基催化剂、钯基催化剂或铁基催化剂。

25、进一步地，以含柔性间隔基的炔类化学中间体为原料合成双二苯乙炔衍生物的具体步骤为：

26、s11：将化合物e、化合物f溶解于第二溶剂中，加入金属催化剂进行反应，反应结束后得到化合物g；

27、s22：将化合物g和含柔性间隔基的炔类化学中间体溶解于第二溶剂中，加入金属催化剂进行反应，反应结束后得到双二苯乙炔衍生物；

28、所述化合物e的结构式为：

29、所述化合物f的结构式为：

30、所述化合物g的结构式为：

31、所述双二苯乙炔衍生物的结构式为：

32、

33、其中，l为含ch3、och3、c2h5、oc2h5、f或cl取代基的亚苯基环；sp为c1-c10的亚烷基。

34、进一步地，s11中，所述化合物e、化合物f、第二溶剂和金属催化剂的摩尔比为1～1.2：1～1.3：2～3.5：0.01～0.05；所述反应是在惰性气体中进行，所述反应的温度为40～180℃；

35、s22中，所述化合物g、含柔性间隔基的炔类化学中间体、第二溶剂和金属催化剂的摩尔比为1～1.2：1～1.3：2～3.5：0.01～0.05；所述反应是在惰性气体中进行，所述反应的温度为40～180℃；

36、所述第二溶剂为乙二胺、三乙胺或3-异氰酸丙烯；所述金属催化剂为铜基催化剂、铑基催化剂、钌基催化剂、钯基催化剂或铁基催化剂。

37、进一步地，以双二苯乙炔衍生物为原料合成可聚合液晶化合物的具体步骤为：

38、将双二苯乙炔衍生物和含可聚合基团的化合物溶解于第三溶剂中，加入第一辅酸剂，在室温下进行反应直至原料完全消耗，得到可聚合液晶化合物；

39、所述双二苯乙炔衍生物、含可聚合基团的化合物和第一辅酸剂的摩尔比为1～1.2：1～2.5：1；

40、所述第一辅酸剂为三乙胺、三正丁胺或吡啶；所述第三溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、二甲基四氢呋喃或二甲亚砜。

41、本发明还公开了一种液晶光学膜的制备方法，包括以下步骤：

42、将可聚合液晶化合物和添加物混合后得到可聚合液晶组合物；将得到的可聚合液晶组合物滴在摩擦聚酰亚胺取向的基体材料上，通过旋涂进行涂覆，干燥后进行uv聚合得到液晶光学膜；

43、其中，可聚合液晶化合物和添加物的用量比为10％：50％；

44、所述旋涂的转速为2000rpm～5000rpm；

45、所述干燥的温度为50～60℃，时间为2～4min；

46、所述uv聚合时采用的聚合剂量为1.5j/cm2～5.4j/cm2

47、所述添加物的种类为溶剂、聚合引发剂、表现活性剂、液晶取向剂、染料和颜料中的一种或多种的组合。

48、本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的液晶光学膜。

49、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

50、本发明公开了一种可聚合液晶化合物，由于使用了具有大π-π共轭的分子骨架以及不同体积的侧向取代基团，在具有高双折射率的同时具有较低的熔点和适当的溶解性，并且由此提供的光学各向异性体在更薄的膜厚下具备优异的延迟值。

51、本发明还公开了包含上述可聚合液晶化合物的液晶光学膜，该液晶光学膜由于使用了具备高双折射率的可聚合液晶化合物，具有更大的延迟量以及更薄的膜层厚度。