具有多尺度有序结构侧链型液晶高分子的设计合成及性能研究

摘要

由于多尺度结构可以将不同尺度的性能统一到一个有机整体中，满足了对多功能材料的需求，并且在仿生材料领域具有潜在的应用价值，因此受到广泛关注。目前，对多尺度有序结构的构筑主要是通过改变嵌段共聚物的组成和结构来实现的，因此得到的多尺度结构多为纳米尺寸。然而对于亚纳米尺度（小于10nm）的研究文献少有报道，因而构筑由非嵌段共聚物自组装形成的具有亚纳米结构的多尺度有序高分子聚合物，具有一定的理论意义。本论文设计合成以(甲基)丙烯酸为主链，侧链含有联苯-联苯以及联苯-偶氮苯液晶基元的侧链型液晶高分子，探讨了多尺度有序结构形成的原因。论文主要内容包括以下几个方面：
　　1.设计合成了两类侧链型液晶高分子：第一类为聚4,4′-己烷氧联苯基(甲基)丙烯酸甲酯(PBiC6和PMBiC6)，第二类为聚4'-己氧基-(4-ω-烷氧基联苯)-4-联苯基(甲基)丙烯酸酯（PBi6BiC6、PMBi6BiC6及PMBi10BiC6）。通过1H NMR、质谱对单体的分子结构进行了表征。采用1H NMR、GPC分析了聚合物的结构及相对分子质量，并用DSC、POM及1D WAXD对其相结构及行为进行了研究。研究结果表明：PMBiC6和PBiC6形成双层近晶相结构，不具有多尺度结构。相比之下，聚合物P(M)BimBiC6(m=6,10)形成了单层近晶相。其中，侧链形成了有序的近晶A相，而层内与尾链相连的联苯液晶基元之间也能有序排列形成更高级的有序结构。升高温度后，侧链活动性增加，层内与尾链相连的联苯液晶基元有序性被打破，而侧链仍能保持一定的有序结构。再次升高温度侧链构筑的有序结构也消失，进入各相同性。因此，由于温度的作用聚合物P(M)BimBiC6(m=6,10)可以形成含有侧链构筑的亚纳米尺度有序结构和层内联苯液晶基元构筑的有序结构两种不同尺度的具有多尺度有序结构侧链型液晶高分子。
　　2.设计合成了两类侧链型液晶高分子：第一类为聚4,4′-己烷氧偶氮苯基甲基丙烯酸甲酯(PMAzoC6)，第二类聚4'-己氧基-(4-ω-烷氧基偶氮苯)-4-联苯基丙烯酸酯(PBi6AzoC6、PMBi6AzoC6及PMBi10AzoC6)，通过1H NMR、质谱对单体的分子结构进行了表征。采用1H NMR、GPC分析了聚合物的结构及相对分子质量，并用DSC、POM及1D WAXD对其相结构及行为进行了研究。研究结果表明：PMAzoC6先形成了单层排列的近晶A相，层内同一主链的侧链液晶基元更倾向于互相平行排列，形成许多亚纳米层状结构，同时，单层彼此之间也存在着有序的排列，形成更高一级的层状结构。相比之下，聚合物P(M)BimAzoC6(m=6,10)形成了单层近晶相。其中，侧链形成了有序的近晶A相，而层内与尾链相连的联苯液晶基元之间也能有序排列形成更高级的有序结构。升高温度后，侧链活动性增加，层内与尾链相连的偶氮苯液晶基元有序性被打破，而侧链仍能保持一定的有序结构。再次升高温度侧链构筑的有序结构也消失，进入各相同性。因此，由于温度的作用聚合物P(M)BimAzoC6(m=6,10)可以形成含有侧链构筑的亚纳米尺度有序结构和层内偶氮苯液晶基元构筑的有序结构两种不同尺度的具有多尺度有序结构侧链型液晶高分子。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 多尺度有序结构

1.1.1 多尺度结构概述

1.1.2 多尺度结构中的自组装

1.1.3 多尺度结构中的相分离现象

1.1.4 多尺度结构的研究进展

1.2 液晶

1.2.1 液晶的概述

1.2.2 液晶的分类

1.2.3 液晶的结构

1.2.4 液晶的相关应用

1.3 梳型聚合物

1.3.1 概述

1.3.2 侧基为液晶基元的梳型聚合物

1.3.3 侧基为烷烃链的梳型聚合物

1.3.4 聚电解质及其他梳型聚合物

1.4 本论文研究内容、目的和意义

第2章 基于联苯液晶基元的侧链型液晶高分子P(M)BiC6及P(M)BimBiC6的合成及其相行为的研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 主要试剂及其来源

2.2.2 仪器与测试条件

2.2.3 单体的制备

2.2.4 聚合物的合成

2.3 结果与讨论

2.3.1 单体和聚合物的合成与表征

2.3.2 聚合物的相结构与相转变

2.4 本章小结

第3章 基于偶氮苯液晶基元的侧链型液晶高分子P(M)AzoC6及P(M)BimAzoC6的合成及其相行为的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要试剂及其来源

3.2.2 仪器与测试条件

3.2.3单体的制备

3.2.4聚合物的合成

3.3 结果与讨论

3.3.1 单体的合成与表征

3.3.2 聚合物的合成与结构表征

3.3.3 聚合物的相结构与相转变

3.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

个人简历