由高含量碳氢侧链构筑的柱状相液晶高分子研究

摘要

一般的液晶高分子或者含有刚性棒状(有时是碗状、盘状等)液晶基元，或者含有极性基团，而两者都不具有的液晶高分子鲜见报道。在甲壳型液晶高分子概念的启发下，我们逐渐认识到结构单元的组装方式在液晶高分子结构设计中的重要作用，认识到或许可以合成不含传统意义上液晶基元的新型侧链型液晶高分子。本文合成的新型SCLCPs在结构上最大的特点在于：(1)侧基不含传统液晶基元；(2)侧基仅由被烷氧链取代的苯环组成；(3)侧基与主链仅通过一个碳-碳单键相连接。通过研究侧基体积(包含可膨胀性的庞大侧基的烷氧尾链的长度和数目)对液晶高分子相行为和相结构的影响，以此探讨“侧基膨胀效应”的强弱对动态“空间效应”强弱的影响，从而揭示液晶高分子相重入行为的本质，达到对液晶高分子相重入行为和高分子链构象的调控目的，为今后制备智能高分子材料提供新的思路和方法。
　　本文设计并合成了一系列苯环末端含不同烷氧链长度及数目的苯乙烯类单体(TAVB-n、DAVB-n和AVB-n)，通过自由基聚合方法，合成了一系列具有较高分子量的聚合物(PTAVB-n、PDAVB-n和PAVB-n)。通过1H NMR、GPC和TGA等测试方法对聚合物的化学结构、分子量大小及分布、热稳定性能进行了表征，并利用POM、DSC、1D WAXD对聚合物的相行为和相结构进行了研究。考察了苯环末端烷氧链的长度和数目变化对聚合物液晶相行为的影响。
　　实验结果表明，对于聚3,4,5-三(烷氧基)苯乙烯系列聚合物(PTAVB-n)，当n=6时，聚合物PTAVB-6没有液晶性质。当n=8,10,12,14,16,18时，聚合物PTAVB-n在温度较低时形成各向同性相，温度较高时形成柱状向列相，并且在高温形成的液晶相具有良好的热稳定性能，直至聚合物分解前都能稳定存在；随着温度的降低，在高温形成的液晶相消失，聚合物进入各向同性相，聚合物表现出了重入各向同性相的相行为。随着烷氧尾链长度的增加，聚合物 PTAVB-n由各向同性相进入柱状相的温度呈降低的趋势，说明随着侧基可膨胀体积的增大，侧基对主链造成的空间位阻效应增强，聚合物更容易形成柱状相。
　　对于聚合物聚3,5-二(烷氧基)苯乙烯(缩写为PDAVB-n，n=6,10,14,18)和聚4-烷氧基苯乙烯(缩写为PAVB-n，n=6,10,14,18)，聚合物都为无定形态，没有表现出液晶相行为。据此，我们认为当苯环末端取代的烷氧链数目由3减至2或1时，聚合物侧基对主链产生的空间位阻效应减弱，不足以迫使主链采取伸直构象，在相行为上表现为聚合物呈无定形态，不具有液晶性质。

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第1章 文献综述

1.1 液晶

1.1.1 液晶简介和发展

1.1.2 液晶分类

1.1.3 液晶高分子表征方法

1.2 高分子液晶概述

1.2.1 高分子液晶分类

1.2.2 侧链型液晶高分子研究进展

1.2.3 侧链型液晶高分子应用

1.3 SCLCPs相重入概述

1.3.1 尾接型液晶高分子相重入行为研究进展

1.3.2 甲壳型液晶高分子相重入行为研究进展

1.4 本课题的提出和意义

第2章 烷氧尾链长度对侧链型液晶高分子相行为影响的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂部分

2.2.2 仪器和测试

2.2.3 单体及聚合物的制备

2.3 结果与讨论

2.3.1 单体的合成及结构表征

2.3.2 聚合物的合成及结构表征

2.3.3 单体TAVB-n的相行为研究

2.3.4 聚合物PTAVB-n的相行为研究

2.4 本章小结

第3章 烷氧尾链数目对侧链型液晶高分子相行为影响的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂部分

3.2.2 仪器和测试

3.2.3 单体及聚合物的制备

3.3 结果与讨论

3.3.1 单体的结构表征

3.3.2 聚合物的结构表征

3.3.3 单体DAVB-n和AVB-n的相行为研究

3.3.4 聚合物PDAVB-n和PAVB-n的相行为研究

3.3.5 空间位阻效应对侧链型液晶高分子相行为的影响

3.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢