Жидкокристаллический материал для устройств изображения информации

(51)4 С 09 К 19 ИЫйа 1;,ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ нос ормации н их криста ные алкил ля снижени щения нижней зы в сторону честве АЦ исп килциклогекс формулы СН =С=Я, где и соединения п в нематическ пользование эк нематически-35 до 70 Сческую анизкость ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпо делАм изОБРетений и ОтнРытий(56) Патент СССР Иф 906387,кл. С 09 К 19/44. 1980.(54) ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИА 3ДЛЯ УСТРОЙСТВ ИЗОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ(57) Изобретение касается жидкокталлических материалов (ЖКМ), в В тройств изображения инснове нематических жидов, включающих замещенлогексилбензолы (АЦ).вязкости ЖКМ и перемеграницы нематической фа низких температур в каользуют 4-(транс.4 -н-ал ил)изотиоцианатобензолыц СБНС Н 11= =2-10, в количестве 1 - 4 ри содержании 5-95 мас,7. ом жидком кристалле. ИсАЦ в ЖКМ обеспечивает диапазон температур от положительную диэлектри тропию д Е, =+6 и вяз сП. Ь табл.18 1376949 17 Таблицаб Концентрация80 ЦВ, мас.Е Интервал нематическойфазы смеси 15 17 13,5 14,5 90 80 70 25,5 16,5 19 40 29 20 21,5 30 20 17 10 11,5 10,5 5 Составитель И,Меркулова Редактор Е.11 апп Техред М.Ходанич Корректор Н.КорольЗаках 800/58 Тираж 646 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Изобретение относится к жидкокристаллическому материалу, включающему нематические жидкие кристаллы, в том числе замещенные алкилциклогексилбен 5 золь, в качестве которых материал содержит 1 - 4 4-(транс-н-алкилциклогексил)-1-изотиоцианатобензолы общей Формулы нгп.1 С М, (1) где и =2-.10,в количестве 5-95 мас.%, остальное -другие нематические жидкие кристал 15лы, который может быть использованв устройствах изображения информации,Цель изобретения - снижение вязкости и перемещения нижней границынематической фазы в сторону низкихтемператур.П р и м е р 1. Синтез 4-(трансн-гексилциклогексил)-1-изотиоцианатобензола.В конической колбе в смеси, состоящей из 80 мл бензола и 20 мл гексана, растворено 25,82 г (0,1 моль)4-(транс-н-гексилциклогексил)ани/лина и добавлено 7,5 мл (0,1 моль)дисульфида угля и 15 мп триэтиламина.Эту смесь оставляют стоять на 45 чпри 0 С. Выпавшие желтые кристаллытриэтиламмониего дитиокарбамата отсасывают, промывают гексаном и переносят в круглодонную колбу, в нее вводят 100 мл хлороформа, 15,5 мл триэтиламина и по каплям 15,5 мл этилового эфира хлормуравьиной кислоты.Потом смесь охлаждают до комнатной40температуры и прибавляют к раствору3 н. соляной кислоты. Органическийслой отделяют от водного, промываютводой и сушат, После отдестилированияхлороформа оставшееся масло перекристаллизовывают из этанола. Получено15 г (50% теор.) 4-(транс-н-гексилциклогексил)-1-изотиоцианатобензола со следующими температурами Фазовых переходов К 12,5 Н 43,0 И иэлементным составом, %: С 75,66; 50Н 9,09; Ы 4,51; 8 10,60. Теоретический состав, %; С 75,68; Н 9,04; М4,65; Б 10,63.П р и м е р 2. Синтез 4-(трансн-пропилциклогексил)-1-изотиоцианатобензола.В круглодонной колбе растворяютв 100 мл хлороформа 21,58 г (О, 1 моль) 4-(транс-н-пропилциклогексил)анилина, добавляют 15 мл триэтиламина и по каплям вливают 7,55 мл (О, 1 моль) тиофосгена. Перемешивают 10 ч, потомк смеси прибавляют раствор 3 н. соляной кислоты. Продукт выделяют аналогично примеру 1. Получено 17,5 г (67% теор.) 4-(транс-н-пропилциклогексил)-1-изотиоцианатобензола с температурами Фазовых переходов К 38,5 Н 41,5 И и элементным составом, %: С 74,01; Н 8,21; М 5,35; Я 12,30.Теоретический состав, %: С 74,07;Н 8, 17; И 5,40; Б 12,36.Другие соединения общей формулы (1) получены по методу согласно примеру 1 или 2. В табл, 1 представлены . результаты элементного анализа; в табл. 2 - температура Фазовых переходов.П р и м е р 3. Жидкокристаллическая композиция А является бикомпонентной эвтектической смесью со следующим составом, мас.%: 4-(транс- н-пропилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 42,9 и 4-(транс-н-гексилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 57, 1, имеет температуру плавления (Т) -3 С, температуру просветления (Т,р) 41 С и вязкость при температуре 20 С 1 до ) 10,5 сП. Для сравнения берут смесь Б, составляющую алкилциклогексилцианобензолы с той самой длиной алкиловой цепи и тем самым весовым составом, мас,%: 4-(транс-н-пропилциклогексил)-1-цианобензол 42,9 и 4-(транс-н-гексилциклогексил)-1-цианобензол 57,1, имеет Т., 24,0 С, Тр 45,5 С и 1.18,5 сП.Смесь В составлена из тех самых веществ как Б, но ее состав соответствует эвтектике, мас.%: 4-(транс-н-пропилциклогексил)-1-цианобензол 64,7 и 4-(транс-н-гексилциклогексил)"1-цианобензол 35,3, имеет ТТ 46 О С и18 сМенее низкоплавкая бикомпонентная эвтектическая смесь Г в гомологической серии алкилциклогексилцианобензолов состава, мас,%; 4-(трансн-пентилциклогексил)-1-цианобензол 53,4 и 4-(транс-н-гептилциклогексил)-1-цианобензол 46,6, имеет Т7,5 С, Т 56,0 С и21 сП.К укаэанным смесям А,Б,В и Г добавляют 4-цианофенилового эфира 41376949 В табл. 5 сопоставлены Т , температуры перехода от смектической Фазык нематической (Т , М), Т этих смесей при разных их составах.В смесях Ж не существует смектическая Фаза до концентрации 70 мас. 80 ЦВ в смеси, а в остальном диапазонеконцентрации температура переходаБ Я ниже, чем в смесях 3.Из данных табл. 5 следует, чтовведение соединений Формулы (1) несколько понижает температуру прояснения, но вместе с тем передвигает нематическую Фазу в сторону низких тем-ператур, при этом интервал существования нематической фазы шире, что видно из табл. 6.(транс-к-пентилциклогексил)бензойной кислоты (вещество М) в том жеколичестве, получая четыре трехкомпонентные смеси с составом А или Били В или Г 95 мас.и 5 мас.Х М.5Свойства упомянутых смесей приведеныв табл, 3.П р и м е р 4, Жидкокристаллическая композиция является бикомпонентной эвтектической смесью со следующимсоставом, мас.Х: 4-н-пентил-цианодифенил 45,5 и 4-(транс-н-гексилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол54,5, имеет Т -4 С, Тпр 34 С и 151 гочс 17 сПФДля сравнения берут аналогичнуюсмесь, состоящую из алкилциклогексилцианобензола с составом, мас. : 4-нпентил-цианодифенил 45,5,и 4-(транс4-н-гексилциклогексил)-1-цианобензол54,5, имеющую Т 24 С, Т,р 40 5.Сгрф 23 р 5 сПфЭвтектика, состоящая из 4-пентил 4-цианобензола и 4-(транс-алкилциклогексил)-1-цианобензола, состава,мас.%: 4-н-пентил-цианодифенил 55и 4-(транс-пентилциклогексил)-1 цианобензол 45 имеет Т, -0,5 С,Т 41,5 С и 1 гофс 21,0 сП.П р и м е р 5. Композиция Д является бикомпонентной смесью состава,мас, : 4-(транс-н-этилциклогексил)1-изотиоцианатобензол 51 и 4-и-гептил-цианодифенил (7 ЦБ) 49 имеетТщ 0,5 С, Тпр 12,5 С и 1 О, 27,5 сП,Для сравнения берут смесь Е состава, мас.Х: 4-(транс-н-этилциклогек- .сил)-1-цианобензол 51 и 7 ЦБ 49, имеющую Т , 21 С, Т, 17, 5 С (измеренав переохлажденном состоянии),фс35,5 сП.В табл. 4 сравнены температурыплавления смесей Д и Е разного состава приведенных выше пар соединений.Как,видно из данных табл. 4, впределах концентрации меньше, чем80 мас,Х 7 ЦБ, смеси Д, содержащие4-(транс-этилциклогексил)-1-изо-50тиоцианатобензол, имеют значительнониже температуры плавления по сравнению со смесями Е, содержащими4-(транс-этилциклогексил)-1-цианобензол.П р и м е р 6. Жидкокристаллическая композиция является эвтектической смесью состава, мас.Х; 4-(транс 4 -н-пропилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 37,0, 4-(транс-и-гексилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 44,0 и 5-н-гептил-(4-цианофенил)-1,3-диоксан 19,0, имеет Т ,и 37 ф 5 С " 1 го 13 сП.Для сравнения берут эвтектическуюсмесь состава, мас. : 4-(транс-н-пропилциклогексил)-1-цианобензол58, 4-(транс-н-гексилциклогексил)1-цианобензол 22 и 5-н-гептил-(4 -цианофенил)-1,3-диоксан 20, имеющую2 Сф Т 44 5 С и21 с 1П р и м е р 7. Жидкокристаллическая композиция является эвтектической смесью состава, мас. ; 4-(транс 4 -н-бутилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 19, 4-(транс-и-гексилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол43, 5-п-пентил-(4 -цианофенил)-пиримидин 6 и 5-н-гептил-(4 -цианоФенил)-пиримидин 32, имеет Т, -9 С,Тр 37 С и вг, 19 сП,Для сравнения берут эвтектическуюсмесь состава, мас.Х: 4-(транс-нбутилциклогексил)цианобензол 24,4-(транс-н-гексилциклогексил)-1 цианобензол 19, 5-н-пентил-(4 -цианофенил)-пиримидин 8, и 5-н-гептил-(4 -цианофенил)-пиримидин 49,имеющую 1 ф -1 Сф Т пр 47 С и31 сП. П р и м е р 8. Готовят смеси Ж, содержащие соединения 4-(транс-ндецилциклогексил)-1-изотиоциапатобен 1зол, 4-н-октилокси-цианодифенил (80 ЦБ), и смеси 3, содержащие соединения, 4-(транс-н-децилциклогексил)-1-цианобензол, 4-н-октилокси- цианодифенил.11 р и м е р 9. Жидкокристалличес- кая композиция состава, мас.%; 4- (транс-н-пропилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 60 и 4-н-гептил- цианодифенил 40 имеет Т 10 С, Т, 30 С и 1 22 сП.Для сравнения берут жидкокристаллическую композицию состава, мас.%: 4-(транс-и-пропилциклогексил)-1- цианобензол 60 и 4-н-гептил-цианоцифенил 40, имеющую Т15 С, Т р 38 С и28 сП.П р и м е р 10. Жидкокристаллическая композиция состава, мас.%; 4- (транс-и-пропилциклогексил)-1-изо; тиоцианатобензол 28,3, 4-(транс- н-гексилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 24,0, 4-(транс-и-октилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 7,5, 20 4-(транс-н-пропилциклогексил)-1- (2-цианаэтенил)-бензол 25,2 и 4- (транс-н-бутилциклогексил)-1-(2- цианоэтенил)-бензол 15,0, имеет Т22 С Тор 88 С и ч. лоос 17 СПИ Для сравнения берут жидкокристаллическую композицию состава, мас.%: 4-(транс-н-пропилциклогексил)-1- цианобензол 28,3, 4-(транс"н-бутилциклогексил)-1-цианобензол 24,0, 4-(транс-н-октилциклогексил)-1- цианобензол 7,5, 4-(транс-н-пропилциклогексил)-1-(2-цианоэтенил)- бензол 25,2 и 4-(транс-н-бутилциклогексил)-1-(2-цианоэтенил)-бензол 15,0, имеющую ТС, Т 84 С и.,30,5 сП.П р и м е р 11. Жидкокристаллическая композиция состава, мас.%: 4-(транс-н-гексилциклогексил)-1- изотиоцианатобензол 55, 4"(транс- н-октилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 24, 4-(транс-н-децилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 12, 4-н-пентил-цианотерфенил 4 и 245 (4 -цианофенил)-5-(4-н-бутилфенил) пиримидин 5 имеет Т ф -1 0 Сф Т58 Си 1155 сП.Для сравнения берут жидкокристаллическую композицию состава, мас.%: 4-(транс-н-гексилциклогексил)-1- цианобензол 55, 4-(транс-н-октилциклогексил)-1-цианобензоп 24, 4- (транс-н-децилциклогексил)-1-цианобензол 12, 4-н-пентил-цианотер Фенил 4 и 2-(4-цианофенил)-5-(4 -нбутилфенил)пиримидин 5, имеющую Тп 26 С Т р 65 С ио 29 сП. П р и м е р 12. Жидкокристаллическая композиция сосрава, мас.%: 4(транс-н-бутилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 41, 4-(транс-игептилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 28, 4-(транс-н-нонилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 23,4-цианофениловый эфир 4-(транс-нбутилциклогексил)бензойной кислоты3,5, 4-цианофениловый эфир 4-(4 Р -нпентилфенил)бензойной кислоты 2 и2- 14-(транс-ин-пентилциклогексил)фенил -5-н-бутил,3-диоксан 25имеет Т 8 С, Тпр 59 С и ч е,15,0 сПфДля сравнения берут жидкокристаллическую композицию состава, мас.%:14-(транс-н-бутилциклогексил)-1 цианобензол 41, 4-(транс-н-гептилциклогексил)-1-цианобенэол 28,4-(транс-н-нонилциклогексил)-1 цианобензол 23, 4-цианофениловыйэфир 4-(транс-н-бутилциклогексил)бензойной кислоты 3,5, 4-цианофениловый эфир 4-(4 -н-пентилфенил)бензойной кислоты 2 и 2- 14-(транс-нпентилциклогексил)фенил 1-5-н-бутил 1,3-,диоксан 2,5, имеющую Т 13 С,Т 63,5 С и 1,. 27 сП.Как видно из приведенных примеров,соединения (1) дают возможность получить И 1 с более низкой температуройплавления, более низкой вязкостьюи температурой фазового перехода отсмектика в нематику по сравнению с4-(транс-н-алкилциклагексил)-1 цианобензолами,Такие эффекты получают в том случае, когда сравнивают смеси с эвтектическим составом, и когда сравнивают смеси при том же составе (концентрация выражена в массовых процентах)Смеси, содержащие 4-(транс-н-ал-килциклогексил)-1-изотиоцианатобензолы, отличаются меньшею вязкостью, чемподобные смеси, содержащие 4-(транс 4 -н-алкилциклогексил)-1-цианобензолы как в нематическом, так и изотропном состояниях.П р и м е р 13, Жидкокристаллическая композиция со следующим составом,мас.%: 4-(транс-н-пропилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 34,46;4-(транс-н-гексилциклогексил)-1 изотиоцианатобензол 26,35; 4 -цианофениловый эфир ч-н-бутилбензойнойкислоты 4,53; 4 -цианофениловый эфир4-п-пентилбензойной кислоты 4,26;4 -иианофениловый,эфир 4-н-гексилбен 1376949зойной кислоты 6,35; 4 -цианофениловый эфир 4-н-гептилбензойной кислоты 6,98; 4" -цианофениловый эфир 4-(транс -н-пентилциклогексил)бензойной кислоты 8,61; 4 -цианофениловый эфир 4- 5 (транс-н-гептилциклогексил)бензойной кислоты 3,65; 4"-метилфениловый эфир 4-(транс-н-пентилциклогексил) бензойной кислоты 4,53 и 4-(2-метил бутил)-4-цианодифенил (опт, акт.) 0,28 имеет нематическую фазу в диапазоне температур (-30) - (66)С, вязкость=22 с 11, пороговые напряжения Б , =1,4 Ч и напряжения насыщения 15 11,;,=1,9 Ч при 20 С и 11,=1,6 Ч и 0 =2, 2 Ч при (-10 С) .Для сравнения берут смесь со следующим составом, мас.7: 4-(транс н-пропилциклогексил)-1-цианобензол 2034,46; 4-(транс-н-гексилциклогексил)-1-цианобензол 26,35; 4-.цианофениловый эфир 4-н-бутилбензойной кислоты 4,53; 4-цианофениловый эфир 4 -нпентил-бензойной кислоты 4,26; 4-циа нофениловый эфир 4-н-гексилбензойнойкислоты 6.,35; 4-цианофениловый эфир 4-н-гептилбензойной кислоты 6,98; 4- цианофениловый эфир 4-(транс-нпентилциклогексил)бензойной кислоты 30 .8,61; 4-цианофениловый эфир 4-(транс -н-гептилциклогексил)бензойной кислоты 3,65; 4-метилфениловый эфир 4-(транс-н-пентилциклогексил)бензойной кислоты 4,53 и 4-(2-метилбутил)-4-цианодифенил (опт.акт,) 0,28. Приведенная жидкокристаллическая композиция имеет вязкость=32,2 сП,П р и м е р 14. Жидкокристаллическая композиция со следующим составом, 40 мас.7: 4-(транс-н-пропилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 26,56;4-(транс-н-гексилциклогексил)-1- изотиоцианатобензол .19,50; 4-пентил-цианодифенил 24,81 и 4-(транс- 45 н-пропилциклогексил)-1-цианобензол 29,13 имеет Т, -27 С и Тдр 42 С.П р и м е р 15. Готовят смесь И со следующим составом, мас.7: 4-цианофениловый эфир 4-н-бутилбензойной50 кислоты 18,85; 4-цианофениловый эфир 4-н-пентилбенэойной кислоты 19,82;4-цианофениловый эфир 4-н-гексилбензойной кислоты 20,75; 4-цианофениловый эфир 4-н-гептилбензойной кислоты 21,72 и 4-бутилфениловый эфир 4-цианобензойной кислоты 18,86.При употреблении смеси И готовят жидкокристаллическую композицию со следующим составом,мас.3:смесь И 59,40;4-(транс-н-гексилциклогексил)-1- изотиоцианатобензол 24,75; 4-циано-.фениловьп эфир 4-(транс-н-пентилциклогексил)бензойной кислоты 14,85 и 4-нитрофениловый эфир 4-(2-метил,бутилоксикарбокси)-бензойной кислоты (опт.акт.) 1,0. Эта композиция имеет нематическую Фазу в диапазоне (-22) (72,5)С. Характеризуется вязкостью=47,9 сП.Для сравнения берут смесь составаФмас.7 О: смесь И 59,40; 4-(транс-нгексилциклогексил)-1-цианобензол 24,75; 4-цианофениловый эфир 4-(транс 4 -н-пентилциклогексил)бензойной кислоты 14,85 и 4-нитрофениловый эфир 4-(2-метилбутилоксикарбокси)бензойной кислоты (опт, акт) 1,00.Приведенная композиция характеризуется вязкостью=76,0 сП, а ее нематическая фаза находится в диапазоне (-10) - (74)С.П р и м е р 16. Жидкокристаллическая смесь со следующим составом,мас.7.: смесь И, как в примере 15,40,00; 4-(транс-н-пропилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 17, 14;4-(транс" -н-пентилциклогексил)-1 изотиоцианатобензол 9,50; 4-(транс-н-гексилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 9,96; 4-(транс-н-гептилциклогексил)-1-изотиоцианатобензол 10,40;4- цианофениловый эфир 4-(транс-.н-пропилциклогексил)бензойной кислоты6,0 и 4-цианофениловый эфир 4-(транс.4 -н-пентилциклогексил)бензойнойкислоты 6,5, Указанная смесь имеетвязкость10 фсс.1,Для сравнения приводится смесь с составом, мас.7: смесь И 40,00; 4- (транс-н-пропилцик тексил) -1-цианобензол 17, 14; 4-(транс-н-пентилциклогексил)-1-цпанобензол 9,50; 4-л Ц о у оо фо л о и о 11 1 1 а ак кфЧж жОФсчц 1 1 11 1 1 1 11 1 1 1 1 И 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11111 Г 11 11 1 1 1 1 1 1 1 1 СО1 СО И фК В Кс Чзсч еюи ж жч уц ц ц и ж к а О Ь ц ц1376949 14 13 Таблица 2 Температуры фазовыхпереходов, С Н 2 ь+1 Диэлектрическиепостоянные Коэффициенты преломления и,и,1 1 К Н И Н С 13,5 4,5 12,2 4,6 1,7010 1,5263 1,5310 1,6875 1,6795 1,5168 36 1,6588 1,5212 1,6530 1,5140 1,5140 1,6436 1,6413 38,5 54 1,5079 42 50 1,6339 1,5068 П р и м е ч а н и е, К - кристалл; Н - нематик; И - изотропная жидкость;- в температуре Т-Т, И=-10- метастабильная форма. Т а б л и ц а 3 Смесь Состав, мас.% Т , С Т р, С 1 А 95 и М 5 -4 47,5 11 Б 95 и М 5 23 53,5 20,5 111 В 95 и М 59,5 53,5 1 Ч Г 95 и М 5 7,0 62,5 НцС Н,С НС,