[發明專利]含氟液晶彈性體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010082606.X
• 申請日: 2020-02-07
• 公開（公告）號: CN111253510B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 程振平;涂凱;賀恩杰;成健楠;張麗芬;朱秀林
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C08F116/12
• 分類號: C08F116/12;C08F261/06;C08F218/16;C09K19/38
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 王玉仙

本發明涉及一種式(1)所示的含氟液晶聚合物。本發明還公開了一種含氟液晶彈性體，其包括式(1)所示的含氟液晶聚合物與式(2)所示的近紅外染料的共聚物。本發明的含氟液晶彈性體在近紅外光照下，由于材料的光?熱轉換效應而發生收縮，可廣泛用于致動器領域。本發明的含氟液晶聚合物將含氟鏈段引入到液晶聚合物交聯網絡，提高了材料的機械性能，大大延長了光控致動器的工作時間。

技術領域

本發明涉及含氟液晶彈性體及液體運輸領域，尤其涉及一種含氟液晶彈性體及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，光作為一種新型刺激模式，具備了遠程操作性，瞬時性，精確控制性等獨特的優勢，在眾多傳統的刺激模式下脫穎而出。因此，基于光響應的軟致動器逐漸成為科學領域的一大研究熱點，相應的光響應聚合物也如雨后春筍般應運而生。早在上個世紀，就有關于光響應聚合物材料的先驅報道，研究者們發現非晶態的含偶氮苯的聚合物可以在光照條件下實現1％的收縮。經過研究者們幾十年來的不懈努力，人們發現有序的液晶聚合物具備熵彈性和可逆性變等特點，在制備和設計軟致動器方面有很大的應用前景。

最早報道的光致形變交聯液晶彈性體(Phys.Rev.Lett.2001,87,015501.)可以實現20％的收縮，但僅僅局限于簡單的收縮和擴張。隨著不斷的研究發展，人們逐漸實現了彎曲、扭曲、振蕩等各種更為復雜的3D致動模式。這些液晶彈性體的分子結構和加工技術大相徑庭，但其致動原理主要分為兩種：可逆的光化學異構化和光熱效應。前者主要利用液晶聚合物中的光致異構液晶元進行可逆的光化學異構化來實現材料的宏觀形變，其中最典型的代表就是偶氮苯，其可以在可見光以及紫外光的照射下，實現棒狀反式異構體和彎曲順式異構體之間的相互轉變。后者則在液晶聚合物中加入高效的光熱轉換分子，通過被照射區域的溫度變化來實現液晶彈性體各向同性與各向異性之間的轉變。

無論基于哪種致動原理，研究光致形變液晶彈性體的最終目的是要制備出相應的光控致動裝置，從而代替某些危險的人工操作或實現生物醫學上的應用。迄今為止，已經報道的光響應機械運動模型有基于液晶彈性體的微型機械臂(Nature2017,546,632.)，微型馬達(Adv.Mater.2017,29,1606467.)，滾輪(Soft Matter2010,6,3447.)，微型機器人(Angew.Chem.,Int.Ed.2008,47,4986.)等。而在生物醫學方面的應用，俞燕蕾教授報道的光控微流體運輸具有里程碑式的意義(Nature2016,537,179.)。總結過去十年致動器的發展，研究者們更趨向于研究更小尺寸的致動器，致動器的尺寸范圍也從微米級延伸至納米級，并且其光響應速度也相對比較緩慢。然而，對用實際工業應用，人們應當追求更大尺寸，響應速度更快更穩定的致動器，并使其在完全沒有任何人工操作的情況下，去完成某項工作。

楊宏教授最近報道了一種快速響應主鏈交聯液晶彈性體(J.Am.Chem.Soc.2017,139,11333.)，這使得實現快速響應的光控“泵”成為了可能，但是該主鏈交聯液晶彈性體的工作持久性有待提高。

CN201610063858.1、CN201710840585.1、CN201910579630.1公開了一種在可見光照條件下利用自由基逐步轉移-加成-終止制備含氟交替共聚物的聚合方法、通過光催化劑制備含氟交替聚合物的聚合方法額主鏈型“半氟”交替共聚物的嵌段共聚物的光照聚合法。以上制備的備含氟交替共聚物或“半氟”交替共聚物的嵌段共聚物均不具有光響應行為。開發新的機械性能好且光響應性的含氟液晶彈性體十分必要。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種含氟液晶彈性體及其制備方法和應用，本發明提供了一種光響應材料含氟液晶彈性體，其機械性能好且在近紅外光的照射下發生收縮，可用于制備致動器。

本發明的一種含氟液晶聚合物，其結構式如式(1)所示：

其中，X＝5-12。