[发明专利]一种基于半互穿聚合物网络的响应性材料及其应用

说明书

本发明公开了一种基于半互穿聚合物网络的响应性材料，包括由液晶弹性体和胆甾相液晶聚合物网络形成的半互穿聚合物网络，所述胆甾相液晶聚合物网络由包括液晶单体的液晶混合物聚合形成，所述液晶单体包括一种及以上的液晶单体化合物，至少一种所述液晶单体化合物为单官能团液晶单体。所述半互穿聚合物网络中，液晶弹性体和胆甾相液晶聚合物网络能够随温度改变发生相分离过程，进而实现颜色的可逆改变，该响应性材料不需要通过溶剂溶胀来改变颜色，利用常规工艺如涂布技术即可获得所需涂层，在温度响应液晶器件、温度响应涂层、防伪标签、监测指示领域中具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及液晶材料领域，尤其是涉及一种基于半互穿聚合物网络的响应性材料及其应用。

背景技术

液晶(LC)是无序液体和三维有序固体之间的物质状态，液晶分子可以在一个或两个维度形成有序排列，因此存在许多液晶相，例如近晶相(二维有序)和向列相(一维有序)。向列相的一个特例是胆甾相，其液晶分子取向的扭曲是由手性分子诱导的，由于这种扭曲，液晶分子形成周期性螺旋结构，能够反射特定波长的光。反射光的波长取决于液晶分子指向矢完成360°旋转所需的长度，而这被称为螺距。可以通过调节螺距来调节反射波长。

由于胆甾相液晶(CLC)的选择性反射特性，以及在暴露于外部刺激(例如温度)时改变螺距或经历相变到各向同性相的能力，CLC材料已发展成为可用作视觉实时温度传感器和时间温度积分器的有趣材料。当产品(如食品或药品)在特定时间内暴露于特定温度时，时间温度积分器会改变颜色，从而监控产品质量。为了具有温度响应性，CLC材料通常含有低分子量液晶(LMWLC)，这是一种易于改变有序度的小分子。LMWLC通常通过聚合物网络(聚合物稳定液晶，PSLC)被稳定或在聚合物基质内被封装为液滴(聚合物分散液晶，PDLC)。由于LMWLC的挥发性，PSLC系统不适合涂层应用，因此仅限于封闭系统，例如将它们保持在两块玻璃板之间。

通过使用光子结构的水凝胶或嵌段共聚物也可以实现温度响应性变色涂层，这些材料可以通过溶胀和消溶胀来改变颜色，这取决于它们所处的溶剂环境的温度(参考文献1：M.Chen,L.Zhou,Y.Guan and Y.Zhang,Angew.Chemie Int.Ed.,2013,52,9961–9965；参考文献2：Y.Takeoka and M.Watanabe,Langmuir,2003,19,9104–9106；参考文献3：S.Valkama,H.Kosonen,J.Ruokolainen,T.Haatainen,M.Torkkeli,R.Serimaa,G.TenBrinke and O.Ikkala,Nat.Mater.,2004,3,872–876)。但是由水凝胶和嵌段共聚物制成的可逆温度响应变色光子涂层需要溶胀溶剂，这限制了它们的应用范围。为避免使用溶胀溶剂，可以使用胆甾相液晶主链聚合物获得温度响应变色涂层，然而它们在通过光聚合交联之后会失去其温度响应性质。此外，可以通过使用互穿网络(IPN)制造刺激响应性CLC涂层，只需其中至少一个网络是液晶聚合物网络(LCN)，这些材料对湿度和pH值有响应，但在温度改变时不会改变颜色。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于半互穿聚合物网络的响应性材料及其应用，所述半互穿网络结构能够随温度改变发生相分离过程，进而实现颜色的可逆改变，该响应性材料不需要通过溶剂溶胀来改变颜色，利用常规工艺如涂布技术即可获得所需涂层，在温度响应涂层和温度响应液晶器件中具有较好的应用前景。

本发明所采取的技术方案是：