Photoresponsive polysiloxane liquid crystal elastomer and preparation method thereof

04-07-2023 дата публикации
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CN116376027A
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一种光响应的聚硅氧烷液晶弹性体及其制备方法

附图说明

[0045]

图1为实施例六制备的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的差示扫描量热(DSC)图;

[0046]

图2为实施例六制备的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的偏光显微镜(POM)图;图2A为薄膜的取向与偏振片呈45°;图2B为薄膜的取向平行于偏振片;

[0047]

图3为实施例六制备的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的一维WAXD图。

技术领域

[0001]

本发明涉及一种新材料及制备方法,尤其涉及一种光响应的聚硅氧烷液晶弹性体及其制备方法。

具体实施方式

[0048]

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

[0049]

本发明实施例提供一种光响应的聚硅氧烷液晶弹性体,所述聚硅氧烷液晶弹性体为单畴的双网络液晶聚合物,所述单畴的双网络液晶聚合物由多畴的液晶聚合物经偏振紫外光处理后得到;所述多畴的液晶聚合物由液晶聚合物主链、液晶单体、光响应液晶基元交联所得。所述液晶单体为4-甲氧基苯基-4-(1-丁氧基)苯甲酸酯,液晶聚合物主链为聚甲基氢硅氧烷,光响应液晶基元为聚二甲基硅氧烷基偶氮苯液晶嵌段共聚。

[0050]

本发明实施例提供一种光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备,将液晶聚合物主链、液晶单体、光响应液晶基元、交联剂和催化剂混合,溶于有机溶剂,在热引发条件下得到多畴的双网络液晶聚合物;将多畴的液晶聚合物经过偏振紫外光处理,最终制得单畴的双网络液晶聚合物。

[0051]

制备方法具体包括以下步骤:

[0052]

(1)将液晶聚合物主链、液晶单体、交联剂、光响应液晶基元和催化剂溶于溶剂中,超声处理得到橙色透明溶液,将溶液滴加在玻璃片上加热处理,得到多畴液晶聚合物;其中,加热温度为70℃,加热时间为5min;

[0053]

(2)将多畴液晶聚合物置于偏振紫外光下进行光调控处理,根据调整偏振片的偏振方向得到不同取向方向的单畴液晶聚合物;采用365nm紫外光照射,照射强度为100mW/cm2,照射时间为40分钟。

[0054]

(3)将单畴液晶聚合物放在烘箱中进行退火处理。退火温度为150℃,得到最终的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体。

[0055]

本发明中液晶聚合物主链PMHS、Karstedt催化剂为市售,其他液晶单体、交联剂、光响应液晶基元皆为自己合成。具体合成方法见以下实施例。

[0056]

实施例一

[0057]

光响应的聚硅氧烷液晶弹性体所用单体正丁基偶氮苯制备过程及具体步骤如下:

[0058]

[0059]

(1)将4-正丁基苯胺(14.90g,0.10mol)溶解于盐酸水溶液(浓HCl与去离子水的体积比为0.4)中,形成溶液1;将亚硝酸钠(6.90g,0.10mol)溶于去离子水中,形成溶液2;将溶液2滴加到溶液1中形成溶液3;将苯酚(9.40g,0.10mol)、氢氧化钠(4.00g,0.10mol)、碳酸氢钠(12.60g,0.15mol)溶解在去离子水中,配得溶液4;将溶液3滴加到溶液4中,以上操作都在冰浴下进行;反应2h后抽滤、水洗、干燥,得到棕黄色固体,即单体前驱体(17.85g,70.2%);

[0060]

(2)将步骤(1)中的单体前驱体(5.09g,0.20mol)、6-溴正己醇(5.43g,0.03mol)、无水碳酸钾(4.15g,0.03mol)溶于丙酮中,加入痕量碘化钾,氮气保护,于60℃下回流反应24h。随后冷却至室温过滤,减压除去溶剂,得到粗产物。所得粗产物通过硅胶柱层析提纯,洗脱剂比例为石油醚(PE):乙酸乙酯(EA)=10:1,得到橙黄色固体,即单体中间体(5.62g,79.2%);

[0061]

(3)将步骤(2)中的单体中间体(5.00g,14mmol)、甲基丙烯酰氯(1.77g,17mmol)、三乙胺(1.72g,17mmol)溶于四氢呋喃中,氮气保护,磁力搅拌;常温下反应12h。反应完后向体系中加入适量的冰水,对体系进行搅拌除掉大量未反应的甲基丙烯酰氯。再用三氯甲烷萃取有机层,加入无水硫酸镁除水后过滤掉硫酸镁。旋蒸除去溶剂后,加入适量的甲醇重结晶,抽滤得到淡黄色固体,在干燥处理后得到最终黄色单体正丁基偶氮苯产物(3.45g,57.6%)。

[0062]

实施例二

[0063]

光响应的聚硅氧烷液晶弹性体所用光响应液晶基元制备过程及具体步骤如下:

[0064]

[0065]

(1)将引发剂双羟基聚二甲基硅氧烷(0.50g,0.05mmol),单体正丁基偶氮苯(2.00g,4.72mmol),配体1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺(0.06g,0.25mol),溶剂一起加在反应瓶中40℃下鼓泡15分钟,再加入催化剂溴化亚铜(0.035g,0.25mol);

[0066]

(2)封住反应体系,在冰水浴中和超声溶解循环抽排五次后,将反应瓶放在油浴锅中90℃反应24h;

[0067]

(3)反应完成后向体系中加入20ml四氢呋喃,过碱性氧化铝柱除掉催化剂;

[0068]

(4)用正己烷对(3)中产物进行粗沉淀,再用热的正己烷洗,得到光响应液晶基元(0.52g,21.7%),其结构式如下所示:

[0069]

实施例三

[0070]

液晶单体MBB的合成:

[0071]

[0072]

将3-丁烯-1-醇(5.76g,80.00mmol)、对苯甲酸乙酯(13.28g,80.00mmol)和三苯基磷(21.80g,80.00mmol)加入100mL三颈圆底烧瓶中,再加入60mL无水四氢呋喃作为溶剂,在氮气保护用磁子搅拌。后在冰水浴条件下,用恒压滴液漏斗缓慢加入20mL含dead的四氢呋喃溶液(13.92g,80.00mmol)。15分钟内滴完后,撤去冰水浴装置,室温搅拌24小时。当混合物从黄色乳液逐渐变为白色时,将其倒入另一个烧瓶中,并通过真空旋转蒸发除去四氢呋喃溶剂。用硅胶柱分离得到的固体,洗脱剂比例为乙酸乙酯和石油醚为1:6的混合溶剂。将收集的组分减压旋蒸,然后在真空条件下干燥24小时,从而获得15.40g(69.90mmol)的无色透明油状液体化合物1,产率为87.36%。将化合物1(15.40g,69.90mmol)、氢氧化钠(5.59g,139.8mmol)、乙醇和水(各100mL)加入250mL圆底烧瓶中,并加入磁子搅拌。反应加热回流18h后冷却至室温,加入3mol/L盐酸水溶液,调节反应溶液pH为2以获得白色固体。后白色固体沉淀用布氏漏斗过滤,并用乙醇和离子水冲洗3次。之后将其真空干燥得到13.00g(67.71mmol)白色晶体化合物2,得率为96.87%。将化合物2(13.00g,67.71mmol)、对羟基茴香醚(9.23g,74.47mmol)和DMAP(4.13g,33.85mmol)加入到250mL三颈烧瓶中,以140mLCH2Cl2为溶剂。反应由磁子搅拌,并由氮气保护。然后用恒压漏斗将10mL含DIC的二氯甲烷溶液(10.23g,81.24mmol)缓慢滴入烧瓶中。35℃冷凝回流反应15小时后用毛细管取样,点板确认反应基本完成。不溶性杂质用漏斗过滤除去后将得到的滤液用二氯甲烷真空旋转蒸发除去。所得固体用硅胶柱分离,洗脱剂为二氯甲烷和石油醚的混合溶剂,比例为1:1。收集的组分利用旋蒸得到白色固体。然后用无水乙醇重结晶两次,在真空条件下干燥24小时,得到15.39g(51.59mmol)白色针状晶体MBB,收率为76.20%。

[0073]

实施例四

[0074]

交联剂11UB的合成:

[0075]

[0076]

将对苯二酚(0.40g,3.64mmol)、碳酸钾(1.75mg,12.73mmol)、无水乙醇溶液10mL依次加入50mL三颈烧瓶中,并加入氮气进行保护。然后将5mL含11-溴-1-十一烯(2.04g,8.73mmol)的乙醇溶液用恒压滴注漏斗缓慢滴入烧瓶中。后反应升温至80℃回流反应18小时。当反应结束后,加入去离子水60ml,并用120ml二氯甲烷萃取两次。之后分别用40mL饱和Na2CO3溶液和40mL去离子水洗涤有机层。分离得到的有机相在无水MgSO4中进行干燥后将固体过滤并进行旋蒸以获得固体。所得固体用硅胶柱分离,以乙酸乙酯和石油醚的混合物为洗脱剂,体积比为1:15。收集的组分进行旋蒸以获得白色固体,并用无水乙醇重结晶,在真空条件下干燥24小时。最终得到1.15g(2.78mmol)的白色晶体11UB,产率为76.44%。

[0077]

实施例五

[0078]

本实施例提供一种光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法,具体包括以下步骤:

[0079]

(1)将液晶聚合物主链、液晶单体、交联剂、光响应液晶基元和催化剂溶于溶剂中,超声处理得到橙色透明溶液,将溶液滴加在玻璃片上加热处理,得到多畴液晶聚合物;其中,加热温度为70℃,加热时间为5min;其中液晶聚合物主链为PMHS,液晶单体由实施例三制得,交联剂由实施例四制得,光响应液晶基元由实施例一~二制得,催化剂为Karstedt催化剂;

[0080]

液晶单体、液晶聚合物主链、交联剂、催化剂的摩尔比为1:1.20:0.09:0.02;以质量计,所加入的光响应液晶基元的质量百分比为25%。

[0081]

(2)将多畴液晶聚合物置于偏振紫外光下进行光调控处理,根据调整偏振片的偏振方向得到不同取向方向的单畴液晶聚合物;采用365nm紫外光照射,照射强度为100mW/cm2,照射时间为40分钟。

[0082]

(3)将单畴液晶聚合物放在烘箱中进行退火处理。退火温度为150℃,得到最终的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体。

[0083]

实施例六

[0084]

本实施例提供一种光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法,具体包括以下步骤:

[0085]

(1)将液晶聚合物主链、液晶单体、交联剂、光响应液晶基元和催化剂溶于溶剂中,超声处理得到橙色透明溶液,将溶液滴加在玻璃片上加热处理,得到多畴液晶聚合物;其中,加热温度为70℃,加热时间为5min;其中液晶聚合物主链为PMHS,液晶单体由实施例三制得,交联剂由实施例四制得,光响应液晶基元由实施例一~二制得,催化剂为Karstedt催化剂;

[0086]

液晶单体、液晶聚合物主链、交联剂、催化剂的摩尔比为1:1.25:0.11:0.025;以质量计,所加入的光响应液晶基元的质量百分比为25%。

[0087]

(2)将多畴液晶聚合物置于偏振紫外光下进行光调控处理,根据调整偏振片的偏振方向得到不同取向方向的单畴液晶聚合物;采用365nm紫外光照射,照射强度为100mW/cm2,照射时间为40分钟。

[0088]

(3)将单畴液晶聚合物放在烘箱中进行退火处理。退火温度为150℃,得到最终的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体。

[0089]

实施例七

[0090]

本实施例提供一种光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法,其与实施例6的区别在于,步骤(1)中,光响应液晶基元的质量百分比为20%。

[0091]

实施例八

[0092]

本实施例提供一种光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法,其与实施例6的区别在于,步骤(1)中,光响应液晶基元的质量百分比为30%。

[0093]

光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的液晶性能分析:

[0094]

为了研究单畴取向的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的液晶性性质,采用DSC、POM以及1D-WAXD对实施例六制备的材料进行全面的研究。如图1中的DSC曲线所示,在材料升温和降温循环过程中呈现对映性中间相。在材料的升温过程中,存在-2.40℃、64.20℃和90.50℃三个相变,这三个温度各自对应于MBB网络的玻璃化转变温度、MBB网络的清凉点和偶氮苯嵌段网络的清凉点。据此可以判断材料在-2.40℃和90.50℃之间能够表现出液晶的性质。

[0095]

常温下,材料的POM观测图如图2A所示。其中图2A为旋转前视野里所观察到最为明亮的双折射图案,这是由于材料的光取向方向此时与相互垂直的两偏振片均呈45°夹角,光的透过性最好;而图2B为将材料旋转45°后,视野里所观察到几乎全黑的偏光图片,这是因为在旋转45°后,材料的光取向方向与相互垂直的两偏振片平行或垂直,此时光的透过性最差。从偏光显微镜图片中所观察到的明暗变化,说明了光响应的聚硅氧烷液晶弹性体有着良好的单畴取向,其内部的液晶基元呈有序排列。

[0096]

材料的1D-WAXD如图3所示,在整个变温过程中,材料的WAXD曲线在广角区域只有一个包峰,而在小角区域没有峰,这是典型的向列相结构的特征。当温度高于清凉点时,广角区域的包峰减弱,表面材料发生了液晶相向各向同性相的相变,这与DSC的测试结果一致。

[0097]

综上,本发明利用非接触偏振光对聚硅氧烷液晶弹性体进行光对准,实现了偏振光对液晶分子取向的控制,改变了传统液晶弹性体需要接触式拉伸取向或无法大面积取向的情况。通过控制线性偏振紫外光的偏振方向和照射点,可以在液晶弹性体材料中诱导液晶分子的各种光对准,使得液晶分子形成指定的取向。该发明提高了液晶弹性体的光致动自由度,能应用于软光致动器,可为新型软光致动器和液晶材料的光取向领域提供新的思路。

背景技术

[0002]

目前精确调控液晶分子的有序排序已经成为一个热门研究领域,这主要是因为特定取向的LC在包括显示器、光敏元件、光学传感器和滤光片等器件上起着至关重要的作用。近年来,已经开发了很多调控液晶取向的方法,主要基于摩擦取向和机械拉伸,然而这些方法存在不能大面积取向或无法精准控制取向,同时需要接触式操作。光作为一种清洁能源,具有非接触式、远程原位和区域化精确操控的特点,由于其优越和多功能的特性,使得光在调控液晶取向方面具有很大的优势。偶氮苯是一类经典的具有光响应特性的基团。在特定波长的光照下偶氮苯基团能够发生可逆的顺反异构。研究表明偶氮苯的反式构型比顺式构型能量更低,故偶氮苯分子在自然界中通常会以能量更低的反式构型存在。又由于反式偶氮苯棒状的分子形状,可以通过分子设计可以使其具备液晶性,因此可以作为光响应的液晶基元应用在液晶弹性体中,制备光响应驱动材料。

[0003]

以聚硅氧烷为骨架的液晶弹性体的分子排列能借助于光响应液晶基元的取向来控制,同时这样的骨架能提高作为光致动器的性能。在加热下用线性偏振紫外光照射时,通过偶氮苯的反式-顺式-反式异构化引发光排列,以此来调控分子的取向。当用紫外光照射时,制成的薄膜随着表面区域中的分子排列变化而显示出弯曲,并在暴露于具有不同偏振方向的线性偏振紫外光时连续变形。这种方法提高了基于聚硅氧烷的液晶弹性体的取向控制、光致动和重塑的自由度,在制备新型软致动器方面有着良好的研究前景。

发明内容

[0004]

发明目的:本发明的目的是提供一种光响应的聚硅氧烷液晶弹性体;本发明的另一目的是提供一种光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法。

[0005]

技术方案:本发明的一种光响应的聚硅氧烷液晶弹性体,所述聚硅氧烷液晶弹性体为单畴的双网络液晶聚合物,所述单畴的双网络液晶聚合物由多畴的液晶聚合物经偏振紫外光处理后得到;所述多畴的液晶聚合物由液晶聚合物主链、液晶单体、光响应液晶基元交联所得。

[0006]

作为上述方案的进一步改进,所述液晶单体为4-甲氧基苯基-4-(1-丁氧基)苯甲酸酯,液晶聚合物主链为聚甲基氢硅氧烷,光响应液晶基元为聚二甲基硅氧烷基偶氮苯液晶嵌段共聚。

[0007]

优选地,液晶单体、液晶聚合物主链的摩尔比为1:1.20~1.25。

[0008]

优选地,以质量计,所述多畴的液晶聚合物中的光响应液晶基元的质量百分比为25%。

[0009]

作为上述方案的进一步改进,所述光响应液晶基元的结构式如下:

[0010]

[0011]

作为上述方案的进一步改进,所述光响应液晶基元的制备方法如下:

[0012]

(1)将引发剂双羟基聚二甲基硅氧烷,单体正丁基偶氮苯,配体1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺,溶剂一起加在反应瓶中鼓泡一段时间,再加入催化剂溴化亚铜;

[0013]

(2)封住反应体系,在冰水浴中和超声溶解循环抽排若干次后,将反应瓶放在油浴锅中反应一段时间;

[0014]

(3)反应完成后向体系中加入四氢呋喃,过碱性氧化铝柱除掉催化剂;

[0015]

(4)用正己烷对(3)中产物进行粗沉淀,再用热的正己烷洗,得到光响应液晶基元。

[0016]

优选地,步骤(1)中,双羟基聚二甲基硅氧烷、单体正丁基偶氮苯,、配体1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺、催化剂溴化亚铜摩尔比为1:100:4:4。

[0017]

作为上述方案的进一步改进,步骤(1)中,单体正丁基偶氮苯的其结构式如下所示:

[0018]

[0019]

单体正丁基偶氮苯的制备方法如下:

[0020]

(1)冰浴条件下,将对位存在取代基的苯胺类化合物溶解在一定浓度的盐酸水溶液中,向里面加入一定浓度的亚硝酸钠溶液;另将一定质量的苯酚、氢氧化钠、碳酸氢钠溶解于水中,后将前者溶液滴入后者溶液中搅拌反应,一定时间后提纯处理得到单体前驱体;

[0021]

(2)将步骤(1)中的单体前驱体和溴代醇、无水碳酸钾按一定比例溶于丙酮中,加入痕量碘化钾,氮气保护下回流反应一定时间后,将所得粗产物通过柱层析提纯得到单体中间体;

[0022]

(3)将步骤(2)中的单体中间体和甲基丙烯酰氯和三乙胺按一定比例溶于四氢呋喃中,在氮气保护下边磁力搅拌边反应;反应完后向体系中加入适量的冰水,对体系进行搅拌除掉大量未反应的甲基丙烯酰氯。再用三氯甲烷萃取有机层,加入无水硫酸镁除水后过滤掉硫酸镁。旋蒸除去溶剂后,加入适量的甲醇重结晶,抽滤得到淡黄色固体,在干燥处理后得到最终单体正丁基偶氮苯产物。

[0023]

优选地,步骤(1)中,对位存在取代基的苯胺类化合物、亚硝酸钠、苯酚、氢氧化钠、碳酸氢钠摩尔比为1:1:1:1:1.5;

[0024]

优选地,步骤(2)中单体前驱体、溴代醇、无水碳酸钾摩尔比为1:1.5:1.5;

[0025]

优选地,步骤(3)中单体中间体、甲基丙烯酰氯、三乙胺摩尔比为1:1.2:1.2。

[0026]

另一方面,本发明提供一种上述的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法,所述制备方法包括:

[0027]

将液晶聚合物主链、液晶单体、光响应液晶基元、交联剂和催化剂混合,溶于有机溶剂,在热引发条件下得到多畴的双网络液晶聚合物;

[0028]

将多畴的液晶聚合物经过偏振紫外光处理,得到单畴的双网络液晶聚合物。

[0029]

优选地,交联剂为1,4-双十一烷基10-烯基氧基苯,催化剂为Karstedt催化剂

[0030]

优选地,液晶单体、液晶聚合物主链、交联剂的摩尔比为1:1.20~1.25:0.09~0.0.11。

[0031]

优选地,以质量计,所加入的光响应液晶基元的质量百分比为20-30,优选为25%。

[0032]

作为上述方案的进一步改进,所述光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法,具体包括以下步骤:

[0033]

(1)将液晶聚合物主链、液晶单体、交联剂、光响应液晶基元和催化剂溶于溶剂中,超声处理得到橙色透明溶液,将溶液滴加在玻璃片上加热处理,得到多畴液晶聚合物;其中,加热温度为70℃,加热时间为5min;其中,制备方法所使用的液晶聚合物主链、催化剂、液晶单体和交联剂结构式如下:

[0034]

[0035]

(2)将多畴液晶聚合物置于偏振紫外光下进行光调控处理,调整偏振片的偏振方向得到不同取向方向的单畴液晶聚合物;

[0036]

(3)将单畴液晶聚合物放在烘箱中进行退火处理,得到具有光响应的聚硅氧烷液晶弹性体。

[0037]

优选地,步骤(1)中,溶剂为无水甲苯或二氯甲烷。

[0038]

优选地,上述步骤(2)中,采用365nm紫外光照射,照射强度为100mW/cm2,照射时间为40分钟。

[0039]

另一方面,本发明还提供了上述制备方法制得的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体在致动器方面的应用。

[0040]

本发明的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体,以上述合成制备的光响应液晶基元、液晶单体与液晶聚合物主链为主要原材料,加入1,4-双十一烷基10-烯基氧基苯这一交联剂,在催化剂Karstedt试剂的作用下,发生聚合反应,制得双网络液晶聚合物。在偏振紫外光照射下,偶氮苯分子在聚合物网络体系里进行顺反异构,反式偶氮苯分子更稳定,因此偶氮苯分子趋向垂直于偏振光的方向排列,以此最大限度降低吸收的紫外光。偶氮苯分子的这种特性会带动液晶分子实现垂直于偏振光方向的有序排列,这样借助于光就能实现对液晶分子取向的调控。在适宜光功能密度的紫外光照射下,偶氮苯分子从反式到顺式的翻转可带动液晶聚合物发生取向方向的宏观形变,赋予材料出色的致动性能。这种方法提高了液晶材料的取向控制和光致动性,与传统的拉伸取向方法相比,具有非接触式、远程原位、区域化精确控制的优势,可以用来制备新型光响应软致动器。

[0041]

有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下显著优点:(1)本发明的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体具备非接触式、远程原位和区域化精确操控液晶分子取向的性能。该材料很好的克服了传统液晶弹性体不能大面积取向或无法精准控制取向的问题。通过控制线性偏振紫外光的偏振和照射点,可以在液晶弹性体材料中诱导液晶分子的各种光对准,使得液晶分子形成指定的取向。该发明提高了液晶弹性体的光致动自由度,能应用于软光致动器。

[0042]

(2)本发明的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体具有双网络液晶体系。两种液晶网络形成互穿结构,加强了网络之间的稳定性,使得液晶分子的取向能被有效固定。

[0043]

(3)本发明的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体制备工艺流程简单,具有普通液晶弹性体优异应变性能。在紫外光刺激下,制成的液晶弹性体随着表面区域中的分子排列变化而显示出可逆弯曲,并在暴露于具有不同偏振方向的线性偏振紫外光时连续变形。

[0044]

(4)本发明的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体易于加工、可重复使用。该液晶弹性体在多次使用后仍然具有优异的可逆形变性能,并且能被裁剪成不同形状的软光致动器。



The invention discloses a photoresponsive polysiloxane liquid crystal elastomer and a preparation method thereof, the polysiloxane liquid crystal elastomer is a single-domain dual-network liquid crystal polymer, and the single-domain dual-network liquid crystal polymer is obtained by processing a multi-domain liquid crystal polymer by polarized ultraviolet light; the multi-domain liquid crystal polymer is obtained by cross-linking a liquid crystal polymer main chain, a liquid crystal monomer and a light response liquid crystal unit. The material provided by the invention endows the liquid crystal material with the characteristic of light-controlled orientation, has very high research value, and can provide a new idea for the field of light orientation of novel soft light actuators and liquid crystal materials.



1.一种光响应的聚硅氧烷液晶弹性体,其特征在于,所述聚硅氧烷液晶弹性体为单畴的双网络液晶聚合物,所述单畴的双网络液晶聚合物由多畴的液晶聚合物经偏振紫外光处理后得到;所述多畴的液晶聚合物由液晶聚合物主链、液晶单体、光响应液晶基元交联所得。

2.根据权利要求1所述的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体,其特征在于,所述液晶单体为4-甲氧基苯基-4-(1-丁氧基)苯甲酸酯,液晶聚合物主链为聚甲基氢硅氧烷,光响应液晶基元为聚二甲基硅氧烷基偶氮苯液晶嵌段共聚。

3.根据权利要求1所述的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体,其特征在于,所述光响应液晶基元的结构式如下:

4.根据权利要求3所述的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体,其特征在于,所述光响应液晶基元的制备方法如下:

(1)将引发剂双羟基聚二甲基硅氧烷,单体正丁基偶氮苯,配体1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺,溶剂一起加在反应瓶中鼓泡一段时间,再加入催化剂溴化亚铜;

(2)封住反应体系,在冰水浴中和超声溶解循环抽排若干次后,将反应瓶放在油浴锅中反应一段时间;

(3)反应完成后向体系中加入四氢呋喃,过碱性氧化铝柱除掉催化剂;

(4)用正己烷对(3)中产物进行粗沉淀,再用热的正己烷洗,得到光响应液晶基元。

5.一种根据权利要求1-3任一所述的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:

将液晶聚合物主链、液晶单体、光响应液晶基元、交联剂和催化剂混合,溶于有机溶剂,在热引发条件下得到多畴的双网络液晶聚合物;

将多畴的液晶聚合物经过偏振紫外光处理,得到单畴的双网络液晶聚合物。

6.根据权利要求5所述的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法,交联剂为1,4-双十一烷基10-烯基氧基苯,催化剂为Karstedt催化剂。

7.根据权利要求5所述的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法,其特征在于,液晶单体、液晶聚合物主链、交联剂的摩尔比为1:1.20~1.25:0.09~0.0.11。

8.根据权利要求5所述的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法,其特征在于,以质量计,所加入的光响应液晶基元的质量百分比为20-30%。

9.根据权利要求5所述的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法,其特征在于,所述制备方法具体包括以下步骤:

(1)将液晶聚合物主链、液晶单体、交联剂、光响应液晶基元和催化剂溶于溶剂中,超声处理得到橙色透明溶液,将溶液滴加在玻璃片上加热处理,得到多畴液晶聚合物;其中,加热温度为70℃,加热时间为5min;

(2)将多畴液晶聚合物置于偏振紫外光下进行光调控处理,调整偏振片的偏振方向得到不同取向方向的单畴液晶聚合物;

(3)将单畴液晶聚合物放在烘箱中进行退火处理,得到具有光响应的聚硅氧烷液晶弹性体。

10.根据权利要求9所述的光响应的聚硅氧烷液晶弹性体的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,溶剂为无水甲苯或二氯甲烷。