含甲壳型聚合物主链的超分子主/侧链结合型液晶高分子的制备与相行为研究

摘要

液晶高分子作为一种“软材料”由于可以形成有序的结构从而在光电、催化、纳米模板等方面具备潜在的应用而被广泛关注。主/侧链结合型液晶高分子（MCSCLCP）作为一种同时具备主链型和侧链型液晶高分子化学结构特征的液晶高分子，相较于单一的主链型或侧链型液晶高分子具有更为宽泛的液晶使用温度和更为复杂的相结构。传统 MCSCLCP的刚性主链主要是通过缩聚而成，聚合物的分子量和分子量分布无法有效控制，给精确研究 MCSCLCP的构效关系带来一定的困难。本论文的主要研究工作是将能用可控方法制备的甲壳型液晶高分子作为 MCSCLCP的主链，通过氢键相互作用将不同的液晶基元引入到侧链中，设计合成分子量及分子量分布可控、分子设计及单体合成相对简单的超分子型MCSCLCP，并通过改变侧链的复合比例调控这类液晶高分子的相态结构，来探索 MCSCLCP中液晶基元间的竞争与协同效应。研究工作主要包括以下几个部分：
　　1.设计合成了氢键给体聚乙烯基对苯二甲酸（PVTA），通过对小分子乙烯基对苯二甲酸叔丁酯进行聚合，然后用三氟乙酸脱保护的方法来制备，化学结构和脱保护的完全通过核磁共振氢谱（1H NMR）、质谱（MS）、凝胶渗透色谱（GPC）以及红外光谱（IR）来确认，又利用热重分析（TGA）、差示扫描量热（DSC）和一维广角X射线衍射（1D WAXD）研究了聚电解质PVTA本身的热性质和液晶性，结果显示PVTA本身没有液晶性。
　　2.设计合成了含二联苯棒状液晶基元的两种吡啶衍生物 BBOCn为氢键受体，将其与 PVTA通过氢键相互作用复合，构建了侧链为含二联苯液晶基元、主链为PVTA的主/侧链结合型液晶高分子，通过DSC和IR确认了复合物中均没有游离的小分子存在，形成了特定比例的氢键复合物。小角 X射线散射（SAXS）和二维广角X射线衍射（2D WAXD）结果表明，复合比例及主/侧链间连接基的长度对复合物的液晶相行为都有影响：PVTA(BBOC6)0.5整体形成了近晶X（SmX）相的结构，且相结构不随温度而变化，PVTA(BBOC6)1整体形成了双层近晶 C（SmC）相的结构，高温时侧链中二联苯基元进入各向同性相， PVTA(BBOC6)1转化为近晶A（SmA）相；PVTA(BBOC12)0.5整体形成了SmC相的结构，高温时侧链中二联苯基元进入各向同性相，复合物整体仍为近晶相结构，PVTA(BBOC12)1的相行为与PVTA(BBOC12)0.5相同。
　　3.设计合成了含有苯并菲盘状液晶基元的两种吡啶衍生物PHTCn为氢键受体，将其与 PVTA通过氢键相互作用复合，构建了侧链为苯并菲液晶基元、主链为PVTA的主/侧链结合型液晶高分子，通过DSC和IR确认了复合物中均没有游离的小分子存在，形成了特定比例的氢键复合物。SAXS和2D WAXD结果表明，复合比例及主/侧链间连接基的长度对复合物的液晶相行为都有影响：PVTA(PHTC6)0.5整体形成了柱状向列（Coln）相的结构，且相结构不随温度而变化，PVTA(PHTC6)1形成了六方柱状（Colh）相和盘状向列（ND）相共存的多级自组装结构，高温时侧链中苯并菲基元进入各向同性相，PVTA(PHTC6)1转化为Coln相结构；PVTA(PHTC12)0.5和PVTA(PHTC12)1则形成了Coln相和ND相共存的多级自组装结构。

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1 引言

1.1 甲壳型液晶高分子的研究进展

1.2主/侧链结合型液晶高分子的研究进展

1.3 氢键构筑液晶高分子的研究进展

1.4 课题提出及主要研究内容

2 分析测试方法和主要化学试剂

2.1仪器与测试条件

2.2主要化学试剂

3 侧基含二联苯液晶基元的超分子主/侧链结合型液晶高分子的制备与相行为

3.1 引言

3.2实验部分

3.2.1 单体和甲壳型聚电解质的合成与制备

3.2.2 含二联苯液晶基元的吡啶衍生物BBOCn的合成

3.2.3 侧链含二联苯基元超分子主/侧链结合型液晶高分子的制备

3.3 结果与讨论

3.3.1 甲壳型聚电解质PVTA的结构与性质

3.3.2 含二联苯液晶基元的吡啶衍生物BBOCn的结构与性质

3.3.3 侧基含二联苯液晶基元的超分子主/侧链结合型液晶高分子的液晶相行为研究

3.4 本章结论

4 侧基含苯并菲液晶基元的超分子主/侧链结合型液晶高分子的制备与相行为

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 单体与甲壳型聚电解质的合成与制备

4.2.2 含苯并菲液晶基元的吡啶衍生物PHTCn的合成

4.2.3 侧链含苯并菲液晶基元的超分子主侧/链结合型液晶高分子的制备

4.3 结果与讨论

4.3.1 甲壳型聚电解质PVTA的结构与性质

4.3.2 含苯并菲液晶基元的吡啶衍生物PHTCn的结构与性质

4.3.3 侧基含苯并菲液晶基元的超分子主/侧链结合型液晶高分子的液晶相行为研究

4.4 本章结论

5 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表学术论文及研究成果