一种含有二硫醇的力致变色膜及其制备方法与流程

本发明涉及力致变色膜，具体为一种含有二硫醇的力致变色膜及其制备方法。

背景技术：

1、液晶是一种介于固态和液态之间，具有独特光学和电学性质的物质；被广泛应用于各种显示设备、光学器件和传感器中。其中，力致变色膜是一种特殊的液晶材料，当受到外力作用时，会发生颜色变化，从而实现力的可视化检测。然而，传统的液晶涂料在制作力致变色膜时，存在力学性能低，表面易撕裂、显色效果差等问题。

2、现有技术中，主要是通过改变液晶的分子结构和添加纳米颗粒或者其他高分子材料来增强液晶的机械强度和显色效果。尽管现有技术已经取得了一定进展，但是仍存在一些问题和缺点，比如：（1）填料引入过程中存在分散性和相容性问题，对液晶的光学和电学性质产生劣势影响；（2）光固化的力致变色膜中存在固化应力较大，导致膜脆性高，表面易撕裂；且光固化需引入引发剂，由于常见引发剂的小分子性，往往存在迁移性，从而影响膜的显色、热稳定性、粘性等性能，影响到其在现实设备和传感器中的应用。

3、综上，解决上述问题，制备一种含有二硫醇的力致变色膜具有重要应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种含有二硫醇的力致变色膜及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种含有二硫醇的力致变色膜的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：将双端丙烯酸酯类液晶、二硫醇化合物混合，加入热引发剂，在温度为60~65℃、压强为1±0.1atm下反应1.5~2.5小时，得到改性液晶；

5、步骤2：将改性液晶、单丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油醚、手性掺杂剂、多硫醇倍半硅氧烷、光引发剂依次加入至溶剂中，得到固含量为20~22wt%的涂料；

6、步骤3：将涂料均匀涂覆在基膜表面，在100~120℃下干燥；光固化；得到力致变色膜。

7、进一步实施方案中，所述双端丙烯酸酯类液晶与二硫醇化合物的质量比为1:0.1。

8、进一步实施方案中，所述二硫醇化合物的制备方法为：氮气氛围下，将摩尔比为1:（2~2.1）的1,3-双(3-缩水甘油氧丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、巯基乙胺混合；在温度为50~60℃下搅拌反应4~6小时；纯化，得到二硫醇化合物。

9、进一步实施方案中，所述涂料中包括以下质量份原料：66~69份改性液晶、20~22份单丙烯酸酯、2~3份甲基丙烯酸缩水甘油醚、3~4份手性掺杂剂、2.5~3份多硫醇倍半硅氧烷、3~3.5份光引发剂。

10、进一步实施方案中，所述改性液晶与光引发剂预先复合，得到液晶复合物后再制备涂料；所述液晶复合物的制备方法为：氮气氛围下，将二异氰酸酯、有机锡催化剂依次加入至乙酸乙酯中，滴加光引发剂，在温度为60~65℃下搅拌反应2~3小时；加入改性液晶，升温至70~80℃继续反应3~4小时，蒸除溶剂，得到液晶复合物。

11、进一步实施方案中，所述二异氰酸酯与光引发剂的质量比为1.2~1.4:1。

12、进一步实施方案中，所述多硫醇倍半硅氧烷的制备方法为：（1）将多环氧基笼型倍半硅氧烷、氯化锂依次加入至无水四氢呋喃中搅拌均匀，滴加二硫化碳，室温下搅拌反应10~16小时；蒸除溶剂，得到改性倍半硅氧烷；（2）将改性倍半硅氧烷、乙胺加入至无水四氢呋喃中，室温下搅拌12~24小时，蒸除溶剂，得到多硫醇倍半硅氧烷。

13、进一步实施方案中，所述改性倍半硅氧烷中，多环氧基笼型倍半硅氧烷、氯化锂、二硫化碳的质量比为10:0.5~0.6:15~18；所述多硫醇倍半硅氧烷中，改性倍半硅氧烷、乙胺的质量比为1:4~5。

14、进一步实施方案中，所述光固化的工艺条件为：在50~100mw/cm2的紫外灯下光固化5~10分钟。

15、进一步实施方案中，一种含有二硫醇的力致变色膜的制备方法制备得到的力致变色膜。

16、本申请与现有技术相比，有益效果如下：

17、（1）方案中，使用二硫醇化合物对液晶预先进行结合，形成接枝结构；相较于直接将两种物质分散与涂料中直接固化结合；预先接枝，一是可以增加液晶的粘性，而是可以降低直接固化的固化应力，以此，从而解决传统液晶涂料在制作力致变色膜时表面易撕裂的问题。

18、同时，使用的是二硫醇化合物对液晶进行接枝改性，而不是接枝改变液晶的分子结构，故而该改性方法对液晶的光学和电学性质的影响较小，不会限制器在现实设备和传感器中的应用。

19、（2）通过调整限定二硫醇化合物的种类和用量，从而优化液晶的显色效果，使得其在受到外力时，能够表现出更鲜艳更持久的色彩，从而解决显色效果差的问题，提高了力的可视化检测的准确性和灵敏性。

20、其中，二硫醇化合物是以，1,3-双(3-缩水甘油氧丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷为基础，先利用巯基乙胺中氨基与其环氧基的开环反应，在其两端接枝巯基从而得到的二硫醇化合物。其中，含有的硅氧链是电性助色基团，可以增强变色效果；同时其可以提高膜的热稳定性；且其在固化过程中可以产生应力缓冲，从而提高膜力学性能和抗撕裂性，从而可以扩大力致变色膜的应用范围。但是该链段的引入不易过高，过高会干扰液晶分子的正常排列，反而降低显色效果。故而方案中限定了双端丙烯酸酯类液晶与二硫醇化合物的质量比。

21、（3）方案中，相较于常见直接引入小分子光引发剂，方案中，预先将小分子引发剂利用二异氰酸酯接枝在改性液晶上，得到液晶复合物；有效解决小分子迁移性，增加了光引发剂的分散性，提高了光固化的均匀性和光固化速率，降低了集中应力，提高了力致变色膜的质量，提高了力致变色膜的耐用性和使用寿命。

22、（4）方案中，进一步引入了多硫醇倍半硅氧烷作为填料，其含有四巯基增加了交联性，从而增加粘附强度；同时，其倍半硅氧烷中具有胶体连接的硅氧骨架，可以有效增强热稳定性和力学性能；而笼型框架赋予了其良好的光学性能；且其引入可以有效增韧，可以缓冲光固化应力，降低应力累积，进一步提高力致变色膜的性能，提高了机械致变色效率和灵敏度，扩大力致变色膜在力的可视化检测、压力感应、应力分析等领域的应用范围。

技术特征：

1.一种含有二硫醇的力致变色膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种含有二硫醇的力致变色膜的制备方法，其特征在于：所述双端丙烯酸酯类液晶与二硫醇化合物的质量比为1:0.1。

3.根据权利要求1所述的一种含有二硫醇的力致变色膜的制备方法，其特征在于：所述二硫醇化合物的制备方法为：氮气氛围下，将摩尔比为1:（2~2.1）的1,3-双(3-缩水甘油氧丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、巯基乙胺混合；在温度为50~60℃下搅拌反应4~6小时；纯化，得到二硫醇化合物。

4.根据权利要求1所述的一种含有二硫醇的力致变色膜的制备方法，其特征在于：所述涂料中包括以下质量份原料：66~69份改性液晶、20~22份单丙烯酸酯、2~3份甲基丙烯酸缩水甘油醚、3~4份手性掺杂剂、2.5~3份多硫醇倍半硅氧烷、3~3.5份光引发剂。

5.根据权利要求1所述的一种含有二硫醇的力致变色膜的制备方法，其特征在于：所述改性液晶与光引发剂预先复合，得到液晶复合物后再制备涂料；所述液晶复合物的制备方法为：氮气氛围下，将二异氰酸酯、有机锡催化剂依次加入至乙酸乙酯中，滴加光引发剂，在温度为60~65℃下搅拌反应2~3小时；加入改性液晶，升温至70~80℃继续反应3~4小时，蒸除溶剂，得到液晶复合物。

6.根据权利要求5所述的一种含有二硫醇的力致变色膜的制备方法，其特征在于：所述二异氰酸酯与光引发剂的质量比为1.2~1.4:1。

7.根据权利要求1所述的一种含有二硫醇的力致变色膜的制备方法，其特征在于：所述多硫醇倍半硅氧烷的制备方法为：（1）将多环氧基笼型倍半硅氧烷、氯化锂依次加入至无水四氢呋喃中搅拌均匀，滴加二硫化碳，室温下搅拌反应10~16小时；蒸除溶剂，得到改性倍半硅氧烷；（2）将改性倍半硅氧烷、乙胺加入至无水四氢呋喃中，室温下搅拌12~24小时，蒸除溶剂，得到多硫醇倍半硅氧烷。

8.根据权利要求7所述的一种含有二硫醇的力致变色膜的制备方法，其特征在于：所述改性倍半硅氧烷中，多环氧基笼型倍半硅氧烷、氯化锂、二硫化碳的质量比为10:0.5~0.6:15~18；所述多硫醇倍半硅氧烷中，改性倍半硅氧烷、乙胺的质量比为1:4~5。

9.根据权利要求1所述的一种含有二硫醇的力致变色膜的制备方法，其特征在于：所述光固化的工艺条件为：在50~100mw/cm2的紫外灯下光固化5~10分钟。

10.根据权利要求1所述的一种含有二硫醇的力致变色膜的制备方法制备得到的力致变色膜。

技术总结
本发明涉及力致变色膜技术领域，具体为一种含有二硫醇的力致变色膜及其制备方法。步骤1：将双端丙烯酸酯类液晶、二硫醇化合物混合，加入热引发剂，在温度为60~65℃、压强为1±0.1atm下反应1.5~2.5小时，得到改性液晶；步骤2：将改性液晶、单丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油醚、手性掺杂剂、多硫醇倍半硅氧烷、光引发剂依次加入至溶剂中，得到固含量为20~22wt%的涂料；步骤3：将涂料均匀涂覆在基膜表面，在100~120℃下干燥；光固化；得到力致变色膜。

技术研发人员：周奕杰,陆仕稳
受保护的技术使用者：南通纳科达聚氨酯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/14