[发明专利]海鞘中提取微晶纤维素及制备溶致性胆甾型液晶的方法

说明书

技术领域

本发明属于液晶材料技术领域，更明确地说涉及海鞘中提取微晶纤维素及制备溶致性胆甾型液晶的方法的创新。

背景技术

F.Reinitzer在1888年首先观察到液晶现象。他在测定有机物熔点时，发现某些有机物熔化后会形成一个不透明的浑浊液态；继续加热，成为了透明的各向异性的溶液。由于浑浊状液体的中间相具有和晶体相似的性质，故被命名为液晶。

众所周知，液晶材料可以用来作显示器。但除此之外，它还应用在许多领域，例如洗涤剂中的泡沫就是一种溶致液晶。由于层状液晶可以相对滑移所以它可以用来作润滑剂。一些高分子液晶还可以用高性能工程材料、信息存储材料以及作为色谱分离材料等。

液晶依其生成条件，主要分为热致性液晶和溶致性液晶两大类。热致性液晶是依靠温度的变化，在某一温度范围形成的液晶态物质；溶致性液晶则是依靠溶剂的溶解分散，在一定浓度范围形成的液晶态物质。除了这两类液晶物质外，人们还发现了在外力场(压力、流动场、电场、磁场和光场等)作用下形成的液晶。例如聚乙烯在某一压力下可出现液晶态，是一种压致型液晶。聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肼在施加流动场后可呈现液晶态，因此属于流致型液晶。

根据分子排列的形式和有序性的不同，液晶有三种结构类型：近晶型、向列型、胆甾型。近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构的一类。在这类液晶中，棒状分子互相平行排列成层状结构，分子的长轴垂直于层状结构平面，层内分子排列具有二维有序性；层状结构平面之间可以相互滑移，而垂直于层平面方向的流动却很困难。在向列型液晶中，棒状分子只维持一维有序；在外力作用下，棒状分子容易沿流动方向取向，并可在取向方向互相穿越。因此，向列型液晶的宏观粘度一般都比较小，在三种结构类型的液晶中流动性最好。在胆甾型液晶中，分子是长而扁平的。它们依靠端基的作用，平行排列成层状结构，长轴与层平面平行。层内分子排列与向列型类似，而相邻两层间分子长轴的取向依次规则地扭转一定的角度，层层累加而形成螺旋结构。分子长轴方向在扭转了360°以后回到原来的方向。两个取向相同的分子层之间的距离称为螺距，它是表征胆甾型液晶的重要参数。由于胆甾型液晶具有选择反射的性质，使得胆甾型液晶在白光照射下呈现彩虹般漂亮的颜色，并有极高的旋光能力。

许多天然生物高分子可以形成胆甾型液晶相，例如纤维素、多肽、DNA等。1976年D.G.Gary首次报道了分子量为10000的羟丙基纤维素的20％～50％水溶液能形成具有彩虹色彩、强烈双折射和旋光性的胆甾型液晶溶液。

纤维素本身可以形成液晶溶液是由Chanzy和Peguy首先报道的。他们认为纤维素在N-2甲基马啡林氧化物(MMNO)和水的混合溶剂中可以形成液晶溶液。20世纪90年代，Gray等报道棒状的纤维素晶体(长约200nm、宽约7nm)的悬浮体系在浓度很低的情况下就可以形成胆甾型液晶相。在临界浓度以上时，悬浮体系分为具有非常明显相界面的两相，下面的一相表现出胆甾型液晶相的光学特性。

由于胆甾型液晶的螺距极易随外界条件及高分子本身的结构参数的改变而改变，如溶液浓度、温度、电磁场、分子量、取代度等。这一性质使得其用途非常广泛，主要包括温度探测器温度计、体温计、温度警戒显示、医疗热谱图诊断乳癌、血液疾病等，无损探伤、红外和微波的测试等。

又由于胆甾型液晶具有特殊的螺旋结构使得它具有一些特有和优异的光学性能，如：选择性反射、强的旋光性、圆二色性等等。因而，胆甾型液晶相的选择性反射光性能在光学应用上是非常有潜力的，该光学性能可用于光学、装饰材料和信息存储材料等。

纤维素是自然界中储量最丰富、可再生的天然高分子材料，在高等植物、细菌、动物、绿藻、海鞘等生物中广泛存在，因此纤维素的开发和利用具有很重要的现实意义。不但纤维素来源广泛、价格低廉，而且它既能显示溶致液晶又能显示热致热晶，这些优异的性质使得其在液晶领域被广泛研究。纤维素是一种D-脱水吡喃葡萄糖通过β-1，4苷键连结起来的聚合物。纤维素是由结晶相和非结晶相交错形成的；其中非晶相呈现无定形状态，因为其大部分葡萄糖环上的羟基基团属于游离状态；而结晶纤维素中大量的羟基基团，形成了数目庞大的氢键，这些氢键构成了巨大的氢键网络，直接导致了致密的晶体结构的形成。

纤维素及其衍生物形成的溶致液晶多为胆甾型液晶，其液晶相的织构具有多重性，即存在多种织构，并且这些织构的存在与溶液浓度的大小和温度有关。可以观察到的织构类型有圆盘织构、条纹织构、假各向同性织构、平面织构、多边形织构、指纹织构等。