[发明专利]具有双向形状记忆效应的液晶弹性体或纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型功能材料及智能材料领域，涉及一种新型的液晶弹性体或纤维及其制备方法，尤其涉及一种具有双向形状记忆效应的液晶弹性体与纤维及其制备方法。

背景技术

形状记忆材料是一种能够记忆宏观形状的智能材料，即在一定外界条件下，能够固定临时形状；当在温度、电场或其他环境刺激条件下又能够回复到原来的初始形状。它具有一些奇异的性能，如形状记忆效应，伪弹性，高阻尼等；具有巨大的科学意义和重要的工程意义，是新材料研究热点之一。目前研究较广的形状记忆材料主要是形状记忆合金、形状记忆陶瓷及形状记忆聚合物等。其中形状记忆聚合物具有很多其他材料无法比拟的优点，如形变量大、使用方便、原料充足、品种多、形状记忆回复温度范围宽；还具有质量轻、易包装运输、加工简单、能制成结构复杂的异型品、能耗低、价格便宜、耐腐蚀、电绝缘性和保温效果好等等优点，因此形状记忆聚合物在纺织材料、建筑材料、机械制造、电子通讯、印刷包装、医疗卫生、日常用品、文体娱乐等方面都有着广泛应用。与形状记忆合金一样，形状记忆聚合物也具有形状记忆效应，超弹性效应等特性；但是目前为此，形状记忆聚合物具有一个严重的缺陷，即是普通的聚合物形状记忆材料不具有双向形状记忆效应。因此，开发具有双向形状记忆效应的形状记忆材料一直是材料工作者研究的重点。

早期科学家们发现形状记忆凝胶聚合物通过温度调控可以实现其在水溶液中的双向形状记忆行为，其作用机理主要是因为含在亲水基团的交联聚合物在水中膨胀，而聚合物中亲油性区随温度变化能够发生有序-无序的可逆转变行为(参见：Y.Li，Z.Hu and Y.Chen，J.Appl.Polym.Sci.，1997，63：1173)。但是凝胶聚合物强度小，应用范围有限。另外，一些含有偶氮基团(Azobeneze)或三苯基甲烷的衍生物(Triphenylmethane Leuco derivatives)的聚合物也可以通过改变辐射波长，如紫外光与可见光，实现其光致双向形状记忆行为，其作用机理主要来源于在光波长改变时，聚合物材料中上述功能基团具有光机械效应或光致相转变行为(参见：M.Irie and M.Hosoda，Makromol.Chem.RapidCommun.，1985，6：533)。然而光致双向形状记忆聚合物的形变量小，对温度刺激有限，大大影响了其应用推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种具有形变量大、反应灵敏、响应温度低，易调节的具有记忆功能的液晶弹性体或纤维。

本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种工艺简单、成本较低的具有双向记忆效应的液晶弹性体或纤维的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有双向形状记忆效应的液晶弹性体或纤维，为以下两类通式聚合物中的一类或者两类聚合物的混合体：

其中：

代表交联网络结构；

聚合度m≥50、n≥0、q≥1；R’＝C_sH_2s+1或OC_sH_2s+1，S＝1-3；X₁、X₂＝(COO)_0-1(CH₂)_0-6(OOC)_0-1、(OOC)_0-1(CH₂)_0-6(COO)_0-1或O(CH₂)_0-6O；Y₁、Y₂、Y₃、Y₄＝COO、OCO、N＝N或HNCO；R₁、R₂＝H、C_yH_2y+1、OC_yH_2y+1或CN；R₃、R₄＝C_rH_2r、C_pH_2p+1或CH(C_qH_2q+1)₂；y＝1-11；r＝4-8、12；p＝3-6、8、10、12；q＝3-11。

该液晶弹性体或纤维主要由腰接型液晶单体、可交联单体为原料制成，其中，腰接型液晶单体为以下通式化合物：