CN103087722B - 一种液晶组合物，其制备方法及应用 - Google Patents

一种液晶组合物，其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种液晶组合物及其制备方法。该方法是利用自制的系列含有薄荷醇手性基元的端基取代基的手性液晶化合物，将其按比例与手性化合物S811混合，通过简单熔融混合即可以得到不同蓝相温域的液晶组合物；且该类材料在液晶显示、材料装饰、可逆印刷、防伪油墨、光子晶体等方面具有应用前景。

Description

一种液晶组合物,其制备方法及应用
技术领域
本发明属于液晶材料与显示领域，具体涉及液晶组合物，其制备方法，以及在液晶等领域中的应用。
技术背景
液晶在物理性质上表现为各向异性，是一种兼有晶体和液体部分性质的过渡中间相态材料，目前广泛应用与平板显示中。
蓝相存在于液晶态和各向同性态之间，以热致液晶为例，物质加热熔融，进入液晶态，温度进一步升高，结构呈现双螺旋态，可以看到彩色，此时进入蓝相，再加热视野为黑色，进而进入各向同性态。在降温的过程中，从各相同形态进入胆甾相时也可存在蓝相。
1888年Reinitzer观察胆甾醇苯甲酸酯(cholesteric benzoate)时，在发现液晶相的同时，又发现从178.5℃冷却，在不到1℃的温域内出现明亮的蓝紫色。1906年，Lehmann观察到该类物质能选择反射可见光，但不存在双折射现象，是光学各向同性的。他认为此物质是不同于普通螺旋状液晶相的另外一种热力学稳定相。直到1956年Gray根据在可见光区首次发现的蓝紫颜色而命名这种相态为蓝相，由于这种蓝相出现在胆甾液晶相之后，又称其为胆甾蓝相。如今蓝相已经有了红、绿和蓝等多种色彩，但是科学界仍然延用蓝相的命名。1977年Armitaze等和1978年DemusD等通过实验证明了Lehmann的观点。Kutnjakm等报道了蓝相的温度与热容和手性的关系，发现小分子蓝相存在临界点。在前人工作的基础上，根据织构与结构的不同，把蓝相分为蓝相Ⅰ(BPⅠ)、蓝相Ⅱ(BPⅡ)和蓝相Ⅲ(BPⅢ)。如果在不同温度观察，将有不同的蓝相出现，可能有BPⅠ、BPⅡ和BPⅢ同时出现，也可能只出现BPⅠ和BPⅢ，或只出现一种蓝相。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液晶组合物。本发明将含有手性基元的液晶化合物与手性剂S811混合得到蓝相温域稳定的蓝相复合材料。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
该组合物由由含有薄荷醇手性基元的端基取代基的手性液晶化合物和手性剂S811组成。
本发明中，上述优选的技术方案，所述含有薄荷醇手性基元的端基取代基为
Figure BDA00002765838100021
本发明中，上述的任一技术方案，再进一步地优选，所述含有薄荷醇手性基元的端基取代基的手性液晶化合物具有通式Ⅰ的结构：
通式Ⅰ中：
六元环A'、B'和C'各自独立地选自
Figure BDA00002765838100023
Figure BDA00002765838100024
中的一种；
A、B各自独立地选自-(C=C)n-、-(C≡C)n-、-COO-、-OCO-、-(CH2)n-、-CH2O-和-N＝N-中的一种，其中n=1~5；
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13各自独立地选自H、F、Cl、-CN、-NO2、-OCN、-CnH2n+1、-OCnH2n+1和-OOCCnH2n+1中的一种，且当A'、B'和C′中含有N或O原子时不存在相应取代基，其中n为1~10；
R14为含有薄荷醇手性基元的端基取代基，为
Figure BDA00002765838100025
Figure BDA00002765838100026
本发明上述任一技术方案，为了更进一步的优选，所述A'、B'和C'优选为
Figure BDA00002765838100027
本发明的上述任一技术方案中，所述A和B优选为-COO-或-N＝N-；更优选的是A为-N＝N-、B为-COO-。
本发明的上述任一技术方案中，所述R13优选为-OOCCnH2n+1，其中n=5~9。
本发明的上述任一技术方案中，所述R1~R12优选为H。
本发明的上述任一技术方案中，具体地，手性液晶化合物优选为：
Figure BDA00002765838100031
本发明的上述任一技术方案中的液晶组合物，其含量按质量百分比为：
                  手性液晶化合物          60~98%
                  S811                    2~20%。
本发明的上述任一技术方案中的液晶组合物，为了优选技术方案，其含量按质量百分比优选为：     手性液晶化合物          88~94%
                  S811                    6~12%。
为了更进一步的优选技术方案，液晶组合物按质量百分比更优选为：
                  手性液晶化合物          88~92%
                  S811                    8~12%。
本发明的另一目的在于提供上述任一复合材料的制备方法，为将手性液晶化合物与手性剂S811进行熔融混合。
本发明的上述制备方法中，熔融混合温度优选为100~200℃。
本发明的再一目的在于上述任一复合材料在液晶显示、材料装饰、可逆印刷、防伪油墨或光子晶体中的应用。
本发明具有以下优点：
本发明通过简单的制备方法制备出温域稳定的蓝相液晶组合物，蓝相液晶组合物具有重复性好，制备方法简单，温域较宽等优点，并可以广泛应用于液晶显示、材料装饰、可逆印刷、防伪油墨、光子晶体等方面。
附图说明
本发明中，附图6幅；其中：
图1是实施例1中正己酸取代手性液晶化合物红外光谱图；
图2是液晶组合物样品9降温时的蓝相织构图；
图3是液晶组合物样品1~11中液晶组合物蓝相区间与手性剂加入量的关系图；
图4是实施例2正癸酸取代手性液晶化合物红外光谱图；
图5是液晶组合物样品17降温时的蓝相织构图；
图6是液晶组合物样品12~19中液晶组合物蓝相区间与手性剂加入量的关系图。
具体实施方式：
下面将通过不同实施例来描述本发明，本发明不局限于这些实施例中，可以在前述化学成分与制造方法范围内加以调整实施。本发明所使用的手性剂S811购于石家庄诚志永华显示材料有限公司。
本发明中所使用的偏光显微镜采用LEICA DMRX型偏光显微镜，带有热台，热台为英国Linkam公司的THMSE600。
本发明中所使用的红外光谱仪为美国PerkinElmer公司的Spectrum One红外光谱仪，样品采用KBr压片。
本发明中所使用的液晶化合物本领域的技术人员参考相关文献和有机化学书籍即能得到。下述举例说明液晶化合物的制备方法：
（1）中间体对羟基偶氮苯甲酸的制备
Figure BDA00002765838100041
（2）中间体对位取代偶氮苯甲酸的制备
其中，n为0~9
（3）中间体对位取代单酚的制备
Figure BDA00002765838100043
其中，n为0~9
（4）目标产物含有薄荷醇手性基元液晶化合物的制备
Figure BDA00002765838100051
其中，n为0~9
实施例1
（一）柔性链段为正己酸的含有薄荷醇手性基元液晶化合物的制备
（1）中间体对羟基偶氮苯甲酸的制备
Figure BDA00002765838100052
将配置好的稀盐酸（3mol/L）量取40mL加入到烧瓶中，在称取0.04mol的对氨基苯甲酸和0.04mol亚硝酸钠溶于20mL蒸馏水中，在0~5℃下，将其缓慢滴入烧瓶中后，继续反应30min，得到对氨基苯甲酸的重氮盐；再称取与对氨基苯甲酸等摩尔的苯酚加入到上述溶液中；用氢氧化钠水溶液调节pH=10，保持反应1小时。反应结束后，用稀盐酸酸化，减压抽滤，得橙色固体产物并用乙醇重结晶。
（2）中间体对位取代偶氮苯甲酸的制备
Figure BDA00002765838100053
称取等摩尔（0.005）的正己酸、对羟基偶氮苯甲酸、DCC及0.0005mol DMAP溶解于35mL丙酮和0.015mol三乙胺中溶解后，常温反应36小时。旋转蒸发溶剂后，将剩余溶液倒入水中析出，乙醇重结晶。
（3）中间体对位取代单酚的制备
Figure BDA00002765838100054
称取等摩尔（0.005mol）的正己酰氧基偶氮苯甲酸、对苯二酚、DCC及0.0005mol DMAP溶解于50mL DMF和20mL吡啶的混合溶液中，待溶解于室温反应36小时。反应结束后，旋转蒸发出溶剂，将剩余溶液倒入水中析出。用蒸馏水加热除去未反应的对苯二酚，减压抽滤。用乙醇将粗产物重结晶。
（4）目标产物含有薄荷醇手性基元的液晶的制备
Figure BDA00002765838100061
称取等摩尔（0.005mol）的孟氧基乙酸、上一步对位取代中间体、DCC及0.0005mol DMAP溶解于40mL四氢呋喃和10mL吡啶的混合溶剂中，反应36小时。反应结束后，旋转蒸发出溶剂，将剩余溶液倒入大量蒸馏水中析出，抽滤，将粗产物用乙酸乙酯重结晶，此化合物的红外谱图如图1所示。
（二）液晶组合物的制备：
手性剂S811和正己酸取代含薄荷醇手性基元液晶化合物，按表1所示的加入量比例关系加入到带螺盖平底玻璃瓶中，加热至130℃使液晶化合物和手性剂均处于熔融状态，保持在此温度，加入搅拌子在磁力搅拌下混合均匀。
用偏光显微镜观察蓝相液晶液晶织构及其相变温度，该蓝相液晶组合物组成，及其相变温域如表1所示。
表1
Figure BDA00002765838100062
注：表中，6-N*LC：正己酸取代含薄荷醇手性基元液晶化合物；I-BP：各项同性态到蓝相的转变温度；BP-N*：蓝相到胆甾相转变温度；ΔT：蓝相温域区间。
从表1中可以看出，添加手性剂S811后，蓝相温域明显拓宽，同时各项同性态到蓝相的转变温度也有明显下降。6-N*LC系列蓝相复合材料的蓝相温域同手性剂S811加入量的关系如图3所示。同时将样品9利用偏光显微镜观察其蓝相液晶液晶织构，将组合物升温至各向同性后降温至146.7℃出现蓝相织构，如图2所示。
实施例2
（一）柔性链段为正癸酸的含有薄荷醇手性基元液晶化合物的制备
（1）中间体对羟基偶氮苯甲酸的制备
与实施例1中相同部分不再赘述。
（2）中间体对位取代偶氮苯甲酸的制备
Figure BDA00002765838100071
称取等摩尔（0.005mol）的正癸酸、对羟基偶氮苯甲酸、DCC及0.0005molDMAP溶解于35mL丙酮和0.015mol三乙胺的混合溶液中，待溶解后，常温反应36小时。旋转蒸发出溶剂，剩余溶液倒入水中析出，乙醇重结晶。
（3）中间体对位取代单酚的制备
Figure BDA00002765838100072
称取等摩尔（0.005mol）的正癸酰氧基偶氮苯甲酸、对苯二酚、DCC及0.0005mol DMAP溶解于50mL DMF和20mL吡啶混合溶液中，待溶解于室温反应36小时。反应结束后，旋转蒸发出溶剂，将剩余溶液倒入水中析出。用蒸馏水加热除去未反应的对苯二酚，减压抽滤。用乙醇将粗产物重结晶。
（4）目标产物含有薄荷醇手性基元的液晶的制备
Figure BDA00002765838100073
称取等摩尔（0.005mol）的孟氧基乙酸、上一步对位取代中间体、DCC及0.0005mol DMAP溶解于40mL四氢呋喃和10mL吡啶的混合溶剂中，待溶解后室温反应36小时。反应结束后，旋转蒸发出溶剂，将剩余溶液倒入蒸馏水中析出，抽滤，将粗产物用乙酸乙酯重结晶，此化合物的红外谱图如图4所示。
（二）液晶组合物的制备：
手性剂S811和正癸酸取代含薄荷醇手性基元液晶化合物，按表1所示的加入量比例关系加入到带螺盖平底玻璃瓶中，加热至120℃使液晶化合物和手性剂均处于熔融状态，保持在此温度，加入搅拌子在磁力搅拌下混合均匀。
用偏光显微镜观察蓝相液晶液晶织构及其相变温度，该蓝相液晶组合物组成，及其相变温域如表2所示。
表2
Figure BDA00002765838100081
注：表中，10-N*LC：正己酸取代含薄荷醇手性基元液晶化合物；I-BP：各项同性态到蓝相的转变温度；BP-N*：蓝相到胆甾相转变温度；ΔT：蓝相温域区间。
从表2中可以看出，添加手性剂S811后，蓝相温域有所拓宽，同时各项同性态到蓝相的转变温度也有明显下降。10-N*LC系列蓝相复合材料的蓝相温域同手性剂S811加入量的关系如图6所示。同时将样品17利用偏光显微镜观察其蓝相液晶液晶织构，出现蓝相织构，如图5所示。
以上对本发明所提供的液晶组合物和制备方法，以及采用该方法制备的蓝相液晶材料进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种液晶组合物，其特征在于：其组合物由含有薄荷醇手性基元的端基取代基的手性液晶化合物和手性剂S811组成；
所述的手性液晶化合物选自：
Figure FDA0000465273980000011
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于：所述的复合材料按质量百分比为：  手性液晶化合物    88～94%
             S811         6～12%。
3.权利要求1所述的液晶组合物在液晶显示、材料装饰、可逆印刷、防伪油墨或光子晶体中的应用。
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