[发明专利]基于螺烯类分子马达的光响应多模式形变聚氨酯液晶弹性体及其制备方法和应用

说明书

一种基于螺烯类分子马达的光响应多模式形变聚氨酯液晶弹性体及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：将液晶单体、异氰酸酯单体、交联剂、热引发剂和螺烯类分子马达混合溶解于超干溶剂中，加热搅拌反应，得到预聚液；将预聚液倒入厚度为0.5‑5mm的模具内；将模具放入真空烘箱进行梯度烘干，热聚合，得到聚氨酯液晶弹性体。本发明的聚氨酯液晶弹性体能在紫外光照下产生可变速的卷曲形变、解螺旋形变和收缩能量释放变形，撤除紫外光后能由于弹性体的形状记忆效应并能够回复到初始形状，形变速度和形变模式可以通过紫外光强度和薄初始形状进行调节，有望用于制备多种智能器件。

技术领域

本发明涉及液晶高分子材料领域，具体涉及一种基于螺烯类分子马达的光响应多模式形变聚氨酯液晶弹性体及其制备方法和应用。

背景技术

光致形变液晶高分子材料是一种能在光驱动下实现运动的材料，它能直接把光能转化为材料的机械能。同时，光能是一种清洁能源，具有简单易得、可非接触远程控制等优点，在时间和空间上易于控制，是一种理想的驱动方式。

螺烯类分子是近年来兴起的一种分子机器，它能在紫外光照射下发生顺反异构，分子上下部分发生相对转动变成不稳定构型，撤除紫外光照后，又能热回复到初始状态。这类分子由于其优异的分子动力学性能，目前主要用于微观尺度的材料表面改性和分子自组装等。中国专利申请201711115349.X提出了一种基于螺烯类分子的光致形变液晶高分子薄膜，其所用的基体体系为丙烯酸酯体系，所合成的螺烯类分子马达需带有丙烯酸酯官能团，丙烯酸酯体系的聚合物虽然具有聚合反应容易，聚合物比较容易制备等优点，但还是存在一些缺陷：第一，丙烯酸酯体系刚性太强，导致材料的形变速度相对慢；第二，分子马达运动被高分子网络束缚，运动速率低，对材料性能的调控范围小；第三，没有实现分子马达液晶高分子的复杂模式的形变。

发明内容

基于此，本发明提供了一种基于螺烯类分子马达的光响应多模式形变聚氨酯液晶弹性体及其制备方法和应用，将含羟基功能性螺烯类分子马达引入到聚氨酯液晶弹性体网络之中，制备出来的弹性体具有可变速的光响应卷曲、解螺旋和收缩特性，并且其形变方式和形变速度可以通过紫外光强度和初始形状进行调节，制备的聚氨酯液晶弹性体不需进一步加工便能实现多种光控驱动器件的功能，这种材料有望进一步改进光控智能材料的性能，在传感器和光控机器人等领域有巨大的研究潜力。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于螺烯类分子马达的光响应多模式形变聚氨酯液晶弹性体的制备方法，其包括以下步骤：

1)将液晶单体、异氰酸酯单体、交联剂、热引发剂和螺烯类分子马达混合溶解于超干溶剂中，加热搅拌反应，得到预聚液；

2)将步骤1)的预聚液倒入厚度为0.5-5mm的模具内；

3)将步骤2)的模具放入真空烘箱进行梯度烘干，热聚合，得到聚氨酯液晶弹性体；

其中：液晶性单体含有液晶基元，末端含有羟基官能团，且整个分子呈液晶性质；异氰酸酯单体含有至少两个异氰酸酯官能团；交联剂为含有三个羟基或三个异氰酸酯基团的单体；螺烯类分子马达具有定转子的结构，且带有羟基取代基；热引发剂用于引发羟基和异氰酸酯基团发生聚合反应。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤1)加入的热引发剂为二月桂酸二丁基锡，但不限于该材料，能在加热的条件下引发羟基和异氰酸酯基团聚合的材料皆被包含于内；以热引发剂、含羟基官能团单体和含异氰酸酯官能团单体总质量百分数为100％，热引发剂的质量百分数为0.1％-0.5％。

作为本发明的进一步优选技术方案，盛装预聚液的模具在真空烘箱内进行梯度烘干实现热聚合，温度范围为50-100℃，聚合时间为1-48h。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤1)所述螺烯类分子马达选自下式(1)所示化合物中的一种或几种：