[发明专利]液晶组合物、衍生自所述组合物的聚合物网络及其制备方法

说明书

本申请要求2006年3月31日提交的美国临时申请60/788,525的权 益，该临时申请通过全文引用作为本发明的一部分用于所有的目的。

技术领域

本发明涉及双(甲基)丙烯酸酯液晶化合物的化学合成和所述液 晶组合物的聚合，以提供具有有用的向列型和胆甾醇型光学性质的聚 合物网络。

发明背景

向热型液晶通常为在形状上具有显著各向异性的晶体化合物。也 就是说，在分子水平上，其特征为棒状或圆盘状结构。当加热时，通 常以逐步的方式熔融，显示从晶体到最终的各向同性相的一种或多种 热转化。中间相(intermediate phasees(也记作mesophases))可包括几种 类型的近晶相，其中分子通常局限在层内；和向列相，其中分子互相 平行取向，没有大范围的位置顺序。可在加热周期内得到液晶相，或 者可由各向同性相冷却得到液晶相。通常的液晶和扭曲的向列型液晶 结构的全面描述具体参见“The Physics of Liquid Crystals(液晶物理 学)”，P.G.de Gennes和J.Prost，Oxford University Press，1995。

向列相的重要变型为其中存在手性部分，称为扭曲的向列相或胆 甾醇相。在这种情况下，在向列相中分子互相平行，但是分子导向(棒 状分子的平均方向)通过层的厚度改变方向，以提供向列型分子的螺 旋状堆积。螺旋的斜度垂直于分子的长轴。各向同性分子的这种螺旋 状堆积产生扭曲的向列相的重要且特征的光学性质，包括圆形二色 性、高度旋转能力；和对光(包括紫外、可见光和近红外光)的选择性 反射。在可见光区反射产生亮色层。螺旋的方向可为右手或左手的， 且旋转方向为材料的重要特征。手性部分可存在于液晶分子本身内 (例如为胆甾醇酯形式)或可以掺杂剂的形式加至向列相(诱导胆甾醇 相)。这种现象已被充分证明，例如参见H.Bassler，M.M.Labes，J.Chem. Phys.，52，第631页(1970)。

在制备具有固定的向列型/胆甾醇型光学性质的稳定聚合物层的 合成和聚合方法方面投入了很大的努力。一种方法为合成当熔融时具 有向列相或胆甾醇相的单官能和/或多官能的反应性单体，配制低熔 点液晶组合物，并将向列相或胆甾醇相形式的液晶组合物聚合，以提 供具有稳定的向列相或胆甾醇相光学性质的聚合物网络。如US 4,637,896所公开的，单独使用胆甾醇型单体提供具有所需光学性质的 胆甾醇型层，但是聚合物层具有较弱的机械性能。

已进行许多努力来通过配制能交联聚合的扭曲的向列型单体相 以提供聚合物网络，来改进物理性能和热稳定性。这些交联单体的实 例有具有连接中心刚性体与柔性间隔基的醚基(-O-)和可聚合的(甲基) 丙烯酸酯的双(甲基)丙烯酸酯。其在形成聚合物网络中的合成和用途 公开于Makromol.Chem.190，2255-2268(1989)；Macromolecules， 1988，31，5940；Makromol.Chem.192，59-74(1991)；WO 1998/047979； J.Polym.Sci.：Part A：Polym.Chem.，第37卷，3929-3935(1999)； Makromol.Chem.190，3201-3215(1989)；US 5,833,880；DE 4,408,170； EP261,712；EP 331,233B1；EP 397,263B1；和JP 1994/016616A。尽 管这些参考文献中的许多还要求连接中心刚性体与柔性间隔基的酯 基(-C(O)-O-)和可聚合的(甲基)丙烯酸酯，但是在任何参考文献中关于 如何制备和使用具有连接中心刚性体与柔性间隔基的酯基(-C(O)-O-) 和可聚合的(甲基)丙烯酸酯的双(甲基)丙烯酸酯的教导公开有限。此 外，涉及其具体的物理或化学性能的公开有限。

具有连接刚性体与柔性间隔基的脂族酯基(-C(O)-O-)和可聚合的 (甲基)丙烯酸酯的单官能(甲基)丙烯酸酯液晶单体的制备公开于 Shibaev等人的Polymer Bulletin，6，485-492(1982)，且通过柔性间隔 基和酯部分连接(甲基)丙烯酸酯与胆甾醇基刚性体的类似的化合物公 开于US 4,614,619。但是，由于未制备具有酯键的双(甲基)丙烯酸酯刚 性体，因此以前认为存在的用途和性能的任何益处难以实现。