專利名稱：雙液晶基元膽甾相液晶與合成方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶材料的制造，特別是一類雙液晶基元膽甾相液晶與合成方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
當前，液晶材料在信息顯示技術(shù)方面得到廣泛應(yīng)用，大部分用的都是向列相液晶，但是向列相液晶在信息顯示方面有三個嚴重的缺陷1)需要非常耗電的背投光源；2)本身不能顯示彩色，必須借助于濾光片等輔助設(shè)施；3)必須夾在兩片硬玻璃板之間，攜帶不便且易損傷。隨著近幾年人們對液晶材料的進一步認識和開發(fā)，發(fā)現(xiàn)膽甾相液晶能夠克服向列相液晶的上述缺陷，耗電量低、構(gòu)造簡單且可任意折疊，是一種更理想的液晶顯示材料。膽甾相液晶分子呈螺旋軸結(jié)構(gòu)，其螺距可以用加熱冷卻、光照和電場的方法進行可逆調(diào)整，螺距的改變使其反射光的波長隨之變化，從而顯示出不同的顏色，因其可逆，所以可以反復(fù)使用。美國肯特大學(xué)液晶研究所和ADS公司報道了其顯示原理[(US6061107，2000)；(US 5933203，1999)；(US 5847798，1998)]，德國Merck、日本的Fuji Photo，Chisso和Minolta Camera都在膽甾相液晶材料配方研究方面取得了很大進展[(WO 0234739，2002)；(JP 2002179668，2002)；(JP 2002179669，2002)；(JP 11323342，1999)；(US 5731861，1999)；(JP 11305187，1999)]。因此，甾醇酯類是性能優(yōu)異的膽甾相液晶材料，已實際用于液晶配方中。一種新穎的膽甾相液晶即含有兩個液晶基元的膽甾相液晶未見報道。由于其對稱性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)越，所以具有巨大的應(yīng)用潛力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一類新型的雙液晶基元膽甾相液晶與合成方法及其應(yīng)用。本發(fā)明具體的說是甾醇長鏈二元酸酯，它具有雙液晶基元分子結(jié)構(gòu)和分子對稱性，可以取代其他液晶材料，成為主流液晶材料。本發(fā)明所述的液晶化合物合成方法簡便，而且原料易得，產(chǎn)率高，是一種適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的液晶材料。
本發(fā)明的雙液晶基元膽甾相液晶具有如下結(jié)構(gòu)通式
其中n＝9-30。
本發(fā)明的雙液晶基元膽甾相液晶優(yōu)選n＝9-30范圍內(nèi)的偶數(shù)值，再優(yōu)選n＝10、12、14、16或20。
本發(fā)明的雙液晶基元膽甾相液晶的制備由膽甾醇和長鏈二元酸直接酯化(脫水縮合)制得，可以用下式表示 其中n＝9-30。
所述的雙液晶基元膽甾相液晶的制備方法包括下述步驟將計量的長鏈二元酸HOOC-(CH2)n-COOH與甾醇和脫水劑在非質(zhì)子惰性溶劑存在下，0-70℃反應(yīng)1-24小時，過濾，濾液蒸除溶劑后以柱層析純化，得產(chǎn)物；所述的脫水劑是N，N-二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)。
所述的長鏈二元酸、甾醇和脫水劑的摩爾比是1∶0.5-2.0∶1.0-2.0。
所述的溶劑是非質(zhì)子惰性溶劑乙醚、三氯甲烷、二氯甲烷、四氯化碳、四氫呋喃、苯、甲苯或乙腈。
所述的雙液晶基元膽甾相液晶的制備方法使用4-二甲基氨基吡啶(DMAP)作催化劑；所述的長鏈二元酸與催化劑的摩爾比是1∶0.01-1.0。
本發(fā)明所述的雙液晶基元膽甾相液晶用于液晶顯示、裝飾材料或可逆印刷。
本發(fā)明的雙液晶基元膽甾相液晶與其他膽甾相液晶相比，具有獨特的雙液晶基元分子結(jié)構(gòu)和分子對稱性，可取代其他液晶材料成為主流液晶材料。
本發(fā)明的液晶化合物不僅合成方法簡便，而且原料都是工業(yè)化產(chǎn)品，而且合成產(chǎn)率高，是一種適于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用的液晶材料。
本發(fā)明可以從下述的實施例得到更清楚地說明，但是它并不是對本發(fā)明作出的限制。


圖1膽甾相液晶分子排列成的螺旋結(jié)構(gòu)。
圖2涂覆在載玻片上的膽甾醇十四碳二元酸酯在不同溫度下的顏色變化。
圖3填充了膽甾醇十四碳二元酸酯的玻璃基片的彩色圖案及其降溫過程的顏色變化過程。
具體實施例方式
實施例1膽甾醇十四碳二元酸酯的合成及其液晶性方法將15.46g(40mmol)膽甾醇，8.25g(40mmol)DCC、0.49g(4mmol)DMAP和5.16g(20mmol)十四碳二元酸，在100ml無水四氫呋喃(或二氯甲烷或乙醚)溶液中，室溫下攪拌12h，過濾，濾液蒸除溶劑后以柱層析純化，得產(chǎn)物17.32g，產(chǎn)率87％。
產(chǎn)物分析結(jié)果 1H NMR(CDCl3)，δppm0.86-0.88(12H，a)，0.91-0.93(6H，b)，5.37-5.38(2H，c)，2.27(4H，d)，4.57-4.66(2H，e)，1.24-1.61和2.25-2.32(24H，f)。
MS m/e995.62(M+)IR(KBr，cm-1)1732(-CO2)元素分析C計算值82.03，實測值82.16；H計算值11.54，實測值11.61。
DSC結(jié)果 實施例2膽甾醇十二碳二元酸酯的合成及其液晶性方法將7.73g(20mmol)膽甾醇，4.21g(20mmol)DCC、0.25g(2mmol)DMAP和2.30g(10mmol)十二碳二元酸，在100ml二氯甲烷(無水四氫呋喃或乙醚)溶液中，室溫下攪拌24h，過濾，濾液蒸除溶劑后以柱層析純化，得產(chǎn)物8.20g，產(chǎn)率85％。
產(chǎn)物分析結(jié)果 1H NMR(CDCl3)，δppm0.85-0.88(12H，a)，0.90-0.92(6H，b)，5.37-5.38(2H，c)，2.26(4H，d)，4.60-4.63(2H，e)，1.17-1.60和2.24-2.32(20H，f)。
MS m/e967.63(M+)IR(KBr，cm-1)1734(-CO2)元素分析C計算值81.85，實測值81.70；H計算值11.37，實測值11.07。
DSC結(jié)果 實施例3雙液晶基元膽甾相液晶的應(yīng)用膽甾相液晶(Cholesterol Liquid Crystal)是向列型液晶的一種特殊形式。膽甾相液晶的結(jié)構(gòu)如下圖1所示，圖1膽甾相液晶分子排列成的螺旋結(jié)構(gòu)。其分子基本是扁平型的，依靠端基的相互作用彼此平行排列成層狀結(jié)構(gòu)，在每個平面層內(nèi)分子長軸平行排列和向列型液晶相象，層與層之間分子長軸逐漸偏轉(zhuǎn)，形成螺旋狀。分子的長軸取向在旋轉(zhuǎn)360度后復(fù)原，兩個取向度相同的最近層面間距稱為螺距。膽甾型液晶大多是膽甾醇的衍生物，其螺旋平面對光有選擇性反射，在一定的螺距下能反射特定波長的光。
螺距的大小取決于分子結(jié)構(gòu)及溫度、壓力、磁場或電場等外部條件。因此，通過調(diào)節(jié)螺距P可以控制膽甾相液晶所反射光的波長，即其顯示的顏色。
本發(fā)明提供的膽甾醇十四碳二元酸酯在不同溫度下顯示不同的顏色，變色范圍從紫色到黃色。把本產(chǎn)品涂在玻璃基片表面，加熱升溫熔化，然后再冷卻，熔化和冷卻過程都呈現(xiàn)顏色變化，見圖2，圖2涂覆在載玻片上的膽甾醇十四碳二元酸酯在不同溫度下的顏色變化(從左到右溫度逐漸降低)。
把本產(chǎn)品填充在刻蝕有南開大學(xué)?；盏牟ＡЩ?，如上相同的操作，可以得到如下圖3的彩色圖案。圖3填充了膽甾醇十四碳二元酸酯的玻璃基片的彩色圖案及其降溫過程的顏色變化過程(從左到右溫度逐漸降低，顏色由紫色逐漸變?yōu)樯S)。
由此可見，這種材料可以用于裝飾、高溫警示等變色材料。
不僅如此，還可以摻雜染料分子，得到的混合物經(jīng)一定波長和一定能量的紫外光照射后能反射特定的顏色，其顏色取決于波長和光強。
權(quán)利要求
1.一種雙液晶基元膽甾相液晶，其特征在于它具有如下結(jié)構(gòu)通式 其中n＝9-30。
2.按照權(quán)利要求1所述的雙液晶基元膽甾相液晶，其特征在于n＝9-30范圍內(nèi)的偶數(shù)值。
3.按照權(quán)利要求2所述的雙液晶基元膽甾相液晶，其特征在于n＝10、12、14、16或20。
4.權(quán)利要求1所述的雙液晶基元膽甾相液晶的制備方法，其特征在于它包括下述步驟將計量的長鏈二元酸HOOC-(CH2)n-COOH與甾醇和脫水劑在非質(zhì)子惰性溶劑存在下，0-70℃反應(yīng)1-24小時，過濾，濾液蒸除溶劑后以柱層析純化，得產(chǎn)物；所述的脫水劑是N，N-二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)。
5.按照權(quán)利要求4所述的雙液晶基元膽甾相液晶的制備方法，其特征在于所述的長鏈二元酸、甾醇和脫水劑的摩爾比是1∶0.5-2.0∶1.0-2.0。
6.按照權(quán)利要求4所述的雙液晶基元膽甾相液晶的制備方法，其特征在于所述的溶劑是非質(zhì)子惰性溶劑乙醚、三氯甲烷、二氯甲烷、四氯化碳、四氫呋喃、苯、甲苯或乙腈。
7.按照權(quán)利要求4所述的雙液晶基元膽甾相液晶的制備方法，其特征在于使用4-二甲基氨基吡啶(DMAP)作催化劑。
8.按照權(quán)利要求7所述的雙液晶基元膽甾相液晶的制備方法，其特征在于所述的長鏈二元酸與催化劑的摩爾比是1∶0.01-1.0。
9.權(quán)利要求1所述的雙液晶基元膽甾相液晶用于液晶顯示、裝飾材料或可逆印刷。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙液晶基元膽甾相液晶與合成方法及其應(yīng)用。它是一種膽甾醇長鏈二元酸酯，具有如下的分子結(jié)構(gòu)，其中n＝9－30，系由膽甾醇和長鏈二元酸在脫水劑和有機溶劑中經(jīng)酯化反應(yīng)生成。這種液晶分子含有兩個液晶基元，對稱性好，并且性質(zhì)穩(wěn)定，不含活潑基團，又由于原料易得、產(chǎn)率高、合成方法簡便，所以作為液晶材料在液晶顯示、裝飾材料、可逆印刷等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C09K19/36GK1632056SQ20041007272
公開日2005年6月29日 申請日期2004年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
發(fā)明者產(chǎn)啟林, 馮喜增 申請人:南開大學(xué)