阅读说明：本技术 彩色液晶材料及其应用 (Color liquid crystal material and application thereof ) 是由 杨永刚 李艺 李宝宗 倪百宁 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了彩色液晶材料及其应用；合成一种含有异山梨醇等基团的丙烯酸酯类的添加剂,并合成一种含有对羟基甲苯的丙烯酸酯类液晶分子；通过将丙烯酸酯类添加剂与液晶分子混合,可得到鲜艳明亮,色彩丰富的液晶材料。本发明工艺路线简单、原料消耗量少、反应时间短、操作方便。(The invention discloses a color liquid crystal material and application thereof; synthesizing an acrylate additive containing groups such as isosorbide and synthesizing an acrylate liquid crystal molecule containing p-hydroxy toluene; by mixing the acrylate additive with liquid crystal molecules, bright and colorful liquid crystal materials can be obtained. The method has the advantages of simple process route, low raw material consumption, short reaction time and convenient operation.)

彩色液晶材料及其应用

技术领域

本发明属于液晶领域，特别涉及一种含有添加剂的液晶材料的制备方法。

背景技术

液晶是物质的一种特殊的形态，既具有液体的流动性，又具有部分晶体分子的各向异性。液晶发光材料在显示器，传感器领域有巨大的应用潜力，但是液晶材料使用时最常遇到的问题是如何调节其反射颜色的多样性及明亮性。现有技术公开了一些改性液晶的方法，但是存在相容性差、HTP值不高等缺陷；所以，急需一种既可以提供相容性，又具有高HTP值的体系，进而获得一种高性能的彩色液晶材料。

发明内容

本发明合成一种含有异山梨醇等基团的丙烯酸酯类的添加剂，并合成一种含有对羟基甲苯的丙烯酸酯类液晶分子；通过将丙烯酸酯类添加剂与液晶分子混合，可得到鲜艳明亮，色彩丰富的液晶材料。本发明工艺路线简单、原料消耗量少、反应时间短、操作方便。

本发明技术方案如下：

一种彩色液晶材料，所述彩色液晶材料包括丙烯酸酯类添加剂、液晶分子。

本发明还公开了上述彩色液晶材料的制备方法，包括以下步骤，将丙烯酸酯类添加剂、液晶分子加热混合，得到彩色液晶材料。

本发明的彩色液晶材料由丙烯酸酯类添加剂、液晶分子制备，其中丙烯酸酯类添加剂的质量为液晶分子质量的5.0~7.5%。

本发明中，丙烯酸酯类添加剂的化学结构式如下：

液晶分子的化学结构式如下：

其中，A₁、A₂独立的选自氢或甲基；n、m独立的选自4~9；B₁、B₂独立表示C6~C18的芳香基团，即含有6~18个碳原子的芳香基团，如：

M为如下基团：

N为如下基团：

本发明中，加热混合由1~10次加热搅拌组成，增加加热搅拌次数，可使体系中液晶和添加剂混合更均匀，颜色更加均一。每次加热搅拌的温度为80~150℃，时间为4~15分钟。

本发明中，丙烯酸酯类添加剂的合成方法包括以下步骤，氮气保护下，将丙烯酸酯苯甲酸、对羟基苯甲酸酯、二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶在溶剂中反应，得到丙烯酸酯类添加剂。优选的，反应结束后过滤反应液，收集的滤液经减压蒸馏旋干后用甲醇重结晶，得到白色固体，为丙烯酸酯类添加剂。

本发明中，液晶分子的合成方法包括以下步骤，氮气保护下，将丙烯酸酯苯甲酸、羟基苯、二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶在溶剂中反应，得到液晶分子。优选的，反应结束后过滤反应液，收集的滤液经减压蒸馏旋干后用甲醇重结晶，得到白色固体，为液晶分子。

上述制备方法中，溶剂为四氢呋喃；反应的时间为1~3天；丙烯酸酯苯甲酸为丙烯酸酯六碳苯甲酸；对羟基苯甲酸酯为对羟基苯甲酸异山梨醇酯、对羟基苯甲酸联萘二酚酯或者对羟基苯甲酸4,4ˊ-二羟基偶氮苯酯；羟基苯为2,5-二羟基甲苯或者对羟基苯甲酸4,4ˊ-二羟基偶氮苯酯。

本发明公开的制备方法可以举例如下：

（1）丙烯酸酯类添加剂的合成：

称取丙烯酸酯苯甲酸（7.95~12.71g），对羟基苯甲酸异山梨醇酯（5~8g），二环己基碳二亚胺（DCC）（3.47~5.55g），4-二甲氨基吡啶（DMAP）（0.316~0.506g）于100mL三口烧瓶中待用。量取50~150mL新蒸四氢呋喃（THF）加入烧瓶中，在氮气保护下反应1~3天。反应结束后过滤反应液，收集滤液经减压蒸馏旋干后用甲醇重结晶，得到白色固体，为丙烯酸酯类添加剂。

（2）液晶分子的合成：

称取丙烯酸酯苯甲酸（4~9g），2,5-二羟基甲苯(0.85~1.91g），DCC（3.10~6.98g），DMAP（0.167~0.376g）于100mL三口烧瓶中待用。量取50~150mL新蒸THF加入烧瓶中，在氮气保护下反应1~3天。反应结束后过滤反应液，收集滤液经减压蒸馏旋干后用甲醇重结晶，得到白色固体，为液晶分子。

（3）液晶材料的制备：

称取丙烯酸酯类添加剂（40~120mg，0.053mmol），液晶分子（1g，1.1mmol）加入到样品瓶中，80~150℃加热至混合物澄清后保持4~15分钟，为一次加热搅拌，使用涡流振荡器搅拌样品，重复加热搅拌步骤4~10次，使样品混合均匀，既得目标液晶材料。

蘸取少量液晶材料样品涂抹在盖玻片上，再盖上一层盖玻片形成三明治结构，待其自然降温后可观察到鲜艳明亮的颜色。

本发明具有的优点：

1、本发明制备含有异山梨醇等基团的添加剂，异山梨醇可以提供高HTP值，能以更少添加量来达到更大的扭曲效果。

2、本发明的添加剂和液晶分子具有相似的长碳链，具有更好的相容性，解决了现有技术液晶混合物析晶的问题。

3、本发明的添加剂和液晶分子都用丙烯酸酯封端，可以很容易的发生交联反应，生成彩色的高分子聚合膜，在旋光活性光学膜中有广泛的应用前景。

附图说明

图1 为实施例一a~f各配方液晶材料1的颜色照片；

图2 为实施例一a~b各配方液晶材料1的DSC曲线；

图3 为实施例一c~d各配方液晶材料1的DSC曲线；

图4 为实施例一e~f各配方液晶材料1的DSC曲线；

图5 为实施例一a~f各配方液晶材料1的偏光显微镜照片；

图6 为实施例一液晶分子的核磁图；

图7 为实施例二各配方液晶材料2的的颜色照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的阐述。

本发明彩色液晶材料的制备方法如下，将丙烯酸酯类添加剂、液晶分子加热混合，得到彩色液晶材料。

实施例一

制备包含如下结构的液晶材料1：

丙烯酸酯类添加剂A

液晶分子A

（1）丙烯酸酯类添加剂A的合成：

称取丙烯酸酯六碳苯甲酸（7,945g，27.2mmol），对羟基苯甲酸异山梨醇酯（5g，12.9mmol），DCC（3.468g，16.8mmol），DMAP（0.316g，2.59mmol）于100mL三口烧瓶中待用。量取70mL新蒸THF加入烧瓶中，在氮气保护下反应两天。反应结束后过滤反应液，收集滤液经减压蒸馏旋干后用甲醇重结晶，得到白色固体为丙烯酸酯类添加剂A，产率91%。

（2）液晶分子A的合成：

称取丙烯酸酯六碳苯甲酸（4g，13.68mmol），2,5-二羟基甲苯（0.85g，6.84mmol），DCC（3.103g，15.05mmol），DMAP（0.167g，1.368mmol）于100mL三口烧瓶中待用。量取70mL新蒸THF加入烧瓶中，在氮气保护下反应两天。反应结束后过滤反应液，收集滤液经减压蒸馏旋干后用甲醇重结晶，得到白色固体为液晶分子A，产率72%。

（3）液晶材料1的制备：

称取丙烯酸酯类添加剂A（50mg，0.053mmol），液晶分子A（1g，1.1mmol）加入到样品瓶中，130℃油浴加热至混合物澄清后使用涡流振荡器搅拌样品，保持5分钟，为一次加热搅拌，重复加热搅拌步骤5次；然后蘸取少量样品涂抹在盖玻片上，再盖上一层盖玻片形成三明治结构，待其自然降温后可观察到鲜艳明亮的橙色，如图1-a所示。

将不同质量比例的丙烯酸酯类添加剂A和液晶A用以上方法混合，可得不同颜色的液晶材料。配方如表1所示，液晶材料颜色如图1中a~f所示，彩色液晶材料颜色均一，可以从中看出液晶和添加剂相容性良好，不存在相分离现象。结合图2、3、4中各配方液晶材料1的DSC曲线数据、椭偏仪数据以及反射圆二色谱数据，可得各种颜色液晶材料1的物理性质表。图5为实施例一a~f各配方液晶材料1的偏光显微镜照片；图6为实施例一液晶分子的核磁图。

表1及DSC测试可以说明液晶性；当丙烯酸酯类添加剂A为35mg、液晶分子A为1g时，同样方法制备的材料没有颜色出现；当丙烯酸酯类添加剂A为100mg、液晶分子A为1g时，同样方法制备的材料没有颜色出现；将上述2,5-二羟基甲苯更换为等摩尔量的5-氟间苯二酚（CAS号75996-29-1），其余不变，得到液晶分子，取1g与60mg丙烯酸酯类添加剂A采用上述同样方法加热混合，得到的液晶材料也产生近绿色，但是HTP值为45.6，偏低。

实施例二制备包含如下组分的液晶材料2：

丙烯酸酯类添加剂B

液晶分子A

（1）丙烯酸酯类添加剂B的合成：

称取丙烯酸酯六碳苯甲酸（6g，20.5mmol），对羟基苯甲酸联萘二酚酯（2.25g，9.78mmol），DCC（8.06g，39.12mmol），DMAP（0.477g，3.9mmol）于100mL三口烧瓶中待用。量取60mL新蒸THF加入烧瓶中，在氮气保护下反应两天。反应结束后过滤反应液，滤液减压蒸馏旋干后用甲醇重结晶得到产物。

（2）液晶分子A的合成：

与实施例一的相同步骤合成。

（3）液晶材料2的制备：

称取一定比例的丙烯酸酯类添加剂B，液晶分子A加入到样品瓶中，150℃油浴加热至混合物澄清后使用涡流振荡器搅拌样品，保持5分钟，为一次加热搅拌，重复加热搅拌步骤5次。蘸取少量样品涂抹在盖玻片上，再盖上一层盖玻片形成三明治结构，待其自然降温后可得到液晶材料2。图7为实施例二各配方液晶材料2的的颜色照片，其中液晶分子A为1g，丙烯酸酯类添加剂B的质量为50mg、55mg、60mg、65mg、70mg、75mg，分别对应图7中左到右的六个颜色。

实施例三制备包含如下组分的液晶材料3：

丙烯酸酯类添加剂A

液晶分子B

（1）丙烯酸酯类添加剂A的合成：

与实施例一的相同步骤合成。

（2）液晶分子B的合成：

称取丙烯酸酯六碳苯甲酸（7g，23.96mmol）,对羟基苯甲酸4,4ˊ-二羟基偶氮苯酯（2.63g，11.41mmol），DCC（9.41g，45.64mmol），DMAP（0.557g，4.56mmol）于100mL三口烧瓶中待用。量取80mL新蒸THF加入烧瓶中，在氮气保护下反应两天。反应结束后过滤反应液，滤液减压蒸馏旋干后用甲醇重结晶得到产物。

（3）液晶材料3的制备：

称取一定比例的丙烯酸酯类添加剂A，液晶B加入到样品瓶中，140℃油浴加热至混合物澄清后保持7分钟，使用涡流振荡器搅拌样品，重复加热搅拌步骤5次，使样品混合均匀。蘸取少量样品涂抹在盖玻片上，再盖上一层盖玻片形成三明治结构，待其自然降温后可得到液晶材料3。其中液晶分子B为1g，丙烯酸酯类添加剂A的质量为50mg、55mg、60mg、65mg、70mg、75mg，分别对应六种颜色。

本发明在液晶材料中加入一定比例的添加剂来得到胆甾相液晶，并对入射光进行选择性的反射，从而发出鲜艳明亮的反射光；添加剂是一种具高螺旋扭转力的液晶添加物，利用其光学活性旋光度及高螺旋扭转力可使液晶分子反射特定波长，调节其浓度就可以改变液晶分子的螺距；从增大添加剂的螺旋扭曲力常数（HTP值）和增加手性分子与液晶分子的相容性两个方面入手改良手性液晶材料的性能；本发明解决了现有技术液晶与添加剂的相容性差、无法提供高HTP值的问题。