[发明专利]一种液晶气凝胶材料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种液晶气凝胶材料的制备方法和应用，将液晶单体、液晶主链、交联剂和催化剂溶于溶剂中得到透明溶液，热引发条件下第一次交联得到预交联的液晶有机凝胶，后经过溶剂置换、超临界干燥处理得到预交联的液晶气凝胶；在将预交联的液晶气凝胶经拉伸处理后，光引发条件下第二次交联得到液晶气凝胶材料。本发明材料赋予气凝胶材料双向形状记忆特性，有很高的研究价值，可为轻型致动器和可变形气凝胶领域提供新的思路。

技术领域

本发明涉及一种气凝胶材料，特别是涉及一种液晶气凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

形状记忆聚合物气凝胶作为一种形状记忆材料，具有多孔的结构以及在外界刺激下能够恢复形状等优点，已经成为一个热门研究领域。自从2016年，Rowan首次制备出了第一种热响应型形状记忆聚合物气凝胶以来，已经有许多的形状记忆聚合物气凝胶研究被报道。但是，现有技术均尚未实现真正的双向形状记忆，这主要是由于形状变形的不持久性和不可逆性等不可避免的限制。

发明内容

发明目的：本发明的目的之一是提供一种液晶气凝胶材料的制备方法，采用双交联机制，成功制备得到具有双向形状记忆特性的气凝胶材料，其同时具有传统气凝胶内部结构以及双向形状记忆能力，解决了传统气凝胶材料只能进行单向形状记忆的问题；本发明的目的之二是提供一种一种液晶气凝胶材料的应用。

技术方案：本发明的一种液晶气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：

将液晶主链、液晶单体、交联剂和催化剂混合，在热引发条件下第一次交联得到预交联的液晶有机凝胶；

将预交联的液晶有机凝胶经过溶剂置换、超临界干燥处理，得到预交联的液晶气凝胶；

将预交联的液晶气凝胶进行拉伸处理，后在光引发条件下第二次交联得到液晶气凝胶材料。

优选地，所述液晶单体为4-甲氧基苯基-4-(1-丁氧基)苯甲酸酯，液晶主链为聚[3-巯基丙基甲基硅氧烷]，交联剂包含热交联剂1，4-双十一烷基10-烯基氧基苯和光交联剂4-(10-十一烯基氧基)二苯甲酮，催化剂为2，2-偶氮二异丁腈。

其中，制备方法所使用的单体，主链和交联剂结构式如下：

上述11UB用于一次过程形成预交联的液晶有机凝胶，C11OBP用于二次光交联形成最终的液晶气凝胶材料。

优选地，以物质的量计，热交联剂加入量的两倍与液晶单体、光交联剂加入量之和应与液晶主链的加入量相等。

其中，液晶主链、液晶单体、热交联剂、光交联剂和催化剂的摩尔比为1∶0.5～0.7∶0.125～0.225∶0.04～0.06∶0.02～0.03。

优选地，液晶主链、液晶单体、热交联剂、光交联剂和催化剂的摩尔比为1∶(0.5～0.7)∶(0.125～0.225)∶0.05∶0.025；其中，液晶单体、热交联剂和光交联剂的摩尔比之和与液晶主链的摩尔比相等。其中，交联剂的加入量若少于此范围则形成不了有机凝胶，而大于此范围时则会导致内部孔洞结构过小，气凝胶整体密度增大。

优选地，上述制备方法包括以下步骤：

(1)将液晶主链、液晶单体、交联剂和催化剂溶于溶剂中，搅拌处理得到透明溶液，将透明溶液在密封状态下加热处理，得到透明凝胶状物质；其中，加热温度为50～70℃，加热时间为12～24h；

(2)将透明凝胶状物质置于丙酮中进行溶剂置换处理，直至透明凝胶转变为乳白色凝胶物质；将乳白色凝胶物质进行超临界二氧化碳干燥处理，得到预交联的液晶气凝胶；

(3)将预交联的液晶气凝胶在40～45℃下拉伸至原长度的1.2～1.4倍，用紫外光照射经拉伸处理后的液晶气凝胶，得到最终的液晶气凝胶材料。