一種手性物質(zhì)調(diào)節(jié)纖維素溶致膽甾相液晶螺距的方法與流程

本發(fā)明屬于纖維素溶致膽甾相液晶領(lǐng)域，具體說來就是利用手性物質(zhì)調(diào)節(jié)纖維素溶致膽甾相液晶的螺距。

背景技術(shù)：

纖維素是自然界中豐富且具有生物可降解性的天然高分子材料，因此吸引了越來越多的關(guān)注和研究。通過TEMPO氧化體系、酸水解和酶水解等方法可制備纖維素溶致膽甾相液晶，得到的膽甾相液晶由許多平面堆積而成，平面內(nèi)的納米晶體沿著一個(gè)方向排列，不同平面內(nèi)晶體的排列方向稍有變化，沿平面的法線方向排列成螺旋狀結(jié)構(gòu)，其中的手性相互作用來源于棒狀納米晶體的組裝。膽甾相結(jié)構(gòu)可以反射圓偏振光，它的螺距與可見光的波長范圍相似，選擇性反射光的波長會(huì)隨著觀察角度的變化而變化，并且可以觀察到彩虹般的顏色變化。

纖維素溶致膽甾相液晶的特征結(jié)構(gòu)指紋織構(gòu)可以通過偏光顯微鏡觀察到，而且可以測(cè)得其螺距大小，螺距的變化對(duì)膽甾相液晶的光學(xué)特性例如選擇性反射帶等有很大影響，這也會(huì)直接影響到纖維素膽甾相液晶相關(guān)材料的性能和使用，因此對(duì)于螺距控制的研究就顯得極具意義。膽甾相液晶的螺距受多種因素的影響，例如溫度、磁場強(qiáng)度和超聲處理等，所以可以調(diào)節(jié)這些外在因素來調(diào)節(jié)螺距。

手性物質(zhì)因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)也吸引了越來越多的研究，其中在農(nóng)藥、電子、功能材料、食品添加劑和香料等研究領(lǐng)域取得了豐碩成果，因此手性物質(zhì)在我們的日常生活中正發(fā)揮著越來越重要的作用。本發(fā)明首次嘗試將L-苯丙氨酸等手性物質(zhì)加入到制備的纖維素溶致膽甾型液晶中，在不改變外界環(huán)境的條件下調(diào)控螺距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明利創(chuàng)新性的利用手性物質(zhì)調(diào)節(jié)纖維素溶致膽甾相液晶螺距，通過手性物質(zhì)與纖維素溶致膽甾相液晶兩者間的相互作用實(shí)現(xiàn)對(duì)螺距的調(diào)控。

本發(fā)明所述的以手性物質(zhì)調(diào)節(jié)纖維素溶致膽甾相液晶螺距包括如下步驟：

1)采用TEMPO氧化體系或硫酸水解體系制備纖維素溶致膽甾相液晶；

2)按照不同質(zhì)量比(溶致膽甾相液晶中纖維素：手性物質(zhì))稱取一定量的手性物質(zhì)L-苯丙氨酸，將其溶于去離子水中配制成溶液；

3)將步驟2)中配制的L-苯丙氨酸溶液加入到步驟1)中制備的纖維素溶致膽甾相液晶中，調(diào)節(jié)膽甾相液晶的質(zhì)量分?jǐn)?shù)到9.0wt％。；

4)利用冰水浴超聲處理將步驟4)中得到的纖維素懸浮液分散，然后置于比色皿中，并放于冰箱(4℃)中靜置3天，最后用偏光顯微鏡觀察膽甾相液晶螺距變化。

附圖說明

圖1纖維素溶致膽甾相液晶的指紋織構(gòu)圖；

圖2加入手性物質(zhì)L-苯丙氨酸后的纖維素溶致膽甾相液晶指紋織構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明用下列實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)特征，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并非局限于下列實(shí)施例。

實(shí)施例1：

1.稱取5g纖維素粉末和375mL 4mol/L的鹽酸加入到燒杯中，60℃下磁力攪拌反應(yīng)7h，加入300mL去離子水終止水解反應(yīng)，靜置12h，倒掉上層清液，將下層沉淀在12000rpm下離心3次，每次5min，取下層離心產(chǎn)物，并采用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)在600w功率下進(jìn)行超聲處理8min，然后將得到的懸浮液倒入透析袋中，進(jìn)行透析處理，以除去懸浮液中多余的游離酸，透析5天直至透析袋外的溶液呈中性；

2.量取50mL上述制備的懸浮液(纖維素含量為1.67g)于圓底燒瓶中，然后加入TEMPO(0.026g,0.1mmol/g)和NaBr(0.17g,1mmol/g)，50℃下磁力攪拌1min將其混合均勻，再加入100mL Na₂CO₃/NaHCO₃緩沖溶液(90mL 0.1M Na₂CO₃and 10mL 0.1M NaHCO₃)保持反應(yīng)過程中pH在10-11范圍內(nèi)，加入NaClO溶液(16.2g,20mmol/g)開始反應(yīng)，10h后加入10mL HCl終止反應(yīng)，收集多次離心后的上層懸浮液于透析袋中透析7天直至透析袋外的溶液呈中性，最后將其置于10wt％的聚乙二醇(PEG)溶液中濃縮處理至所需濃度，得到纖維素溶致膽甾相液晶。

3.按照溶致膽甾相液晶中纖維素：手性物質(zhì)＝10:1的比例稱取一定量的手性物質(zhì)L-苯丙氨酸，將其溶于去離子水中配制成溶液；

4.將步驟3中配制好的L-苯丙氨酸溶液加入到一定量上述制備的溶致膽甾相液晶中，并調(diào)節(jié)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.0wt％，再經(jīng)過冰水浴超聲處理(50W，5min)將其分散，得到混合后的懸浮液；

5.將混合后的懸浮液置于比色皿中，放于冰箱(4℃)中靜置3天，最后用偏光顯微鏡觀察膽甾相液晶螺距變化。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于制備纖維素溶致膽甾相液晶的方法是硫酸水解法，參見中國專利：CN 103304828A中的制備方法。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于溶致膽甾相液晶中纖維素和手性物質(zhì)的比例為100:1～1:1。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于手性物質(zhì)還可以是左旋糖苷等。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于步驟4中懸浮液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的調(diào)節(jié)范圍可以是8.5wt％～9.5wt％。

實(shí)施例6：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于步驟4中的冰水浴超聲功率可以為30～60W。

實(shí)施例7：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于步驟4中超聲時(shí)間可以是5～10min。

實(shí)施例8：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于步驟5中的溫度可以為4～20℃。

實(shí)施例9：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于步驟5中的靜置時(shí)間可以為2～7天。