新型手性液晶单体及胆甾弹性体的合成与性能研究

摘要

作为一类新型功能高分子材料，胆甾液晶弹性体除具有胆甾液晶优异的光学性质外，还具有网络高分子优良的机械性能、热和化学稳定性，是目前液晶高分子研究领域中的前沿课题。因此，本论文重点开展新型手性液晶单体及胆甾弹性体的研究，这些研究不仅丰富了液晶的研究内容，同时也为进一步研究其在压电、铁电和微电子等领域的应用打了基础。
　　 本论文合成了七种含胆甾基的液晶手性单体(M1-M7)，一种含薄荷基的手性液晶单体(M8)、一种非液晶交联剂(N1)和一种向列相液晶交联剂(N2),它们分别为4-胆甾氧羰基戊酸-4′-十一烯酸对苯二酚双酯(M1)、4-胆甾氧羰基戊酸-4′-十一烯酸对联苯酚双酯(M2)、4-胆甾氧羰基戊酸-4′-十一烯酰氧基苯甲酸对苯二酚双酯(M3)、4-胆甾氧羰基戊酰氧基苯甲酸-4′-十一烯酸对苯二酚双酯(M4)、4-胆甾氧羰基戊酸-4′-十一烯酰氧基苯甲酸对联苯酚双酯(M5)、4-胆甾氧羰基戊酰氧基苯甲酸-4′-十一烯酸对联苯酚双酯(M6)、4-胆甾氧羰基戊酰氧基苯甲酸-4′-十一烯酰氧基苯甲酸对苯二酚双酯(M7)、4-孟氧基乙酸-4′-十一烯酰氧基苯甲酸对联苯酚双酯(M8)、4,4′-十一烯酸对苯二酚双酯(N1)和4,4′-十一烯酰氧基苯甲酸对苯二酚双酯(N2)，然后并分别将这些单体与聚甲基含氢硅氧烷(PMHS)进行接枝聚合，得到均聚物P1-P8，另外还将M1和N2;M2和N1及M8和N2分以别与PMHS进行接枝聚合，合成出三个系列侧链胆甾相液晶弹性体P1系列，P2系列和P8系列。以上所合成的手性液晶单体和聚合物在国内外均未见报道，所合成中间体、单体与聚合物的化学结构均通过红外光谱(FT-IR)或核磁共振仪(1H-NMR)的表征，液晶性能通过了偏光显微镜(POM)、差示扫描量热仪(DSC)和热失重分析(TGA)的分析，讨论了结构和共聚组成对单体、聚合物的相转变温度、相变类型及液晶织构的影响。
　　 手性单体M1-M7均为左旋化合物，随着液晶核刚性逐渐增加，对应单体的比旋光度的绝对值减小。M1-M8均呈现胆箔相的油丝织构和焦锥织构，此外M2与M7还出现了胆甾相的指纹织构；M3、M5与M6还出现胆甾相螺旋织构；M8还呈现SC*的破碎扇形织构，且在SC*区能看到样品的选择反射现象，升温时选择反射“红移”，而降温时反射颜色“蓝移”；N1为非液晶化合物；N2呈现互变向列型丝状织构和单变近晶相的扇形织构。所有均聚物，弹性体都呈现胆甾相的Grand-jean织构。
　　 除N1外，所有其它单体均出现熔融转变和液晶相向各向同性向之间的转变，此外，M5与M6还出现了玻璃化转变，M8还出现了SC*相转变，N2还在降温过程出现了单变近晶相转变；对于结构类似的单体，随刚性的增加，对应清亮点通常增加，所有均聚物及弹性体均出现玻璃化转变和清亮点，而且表现出良好的热稳定性。
　　 对于P1系列弹性体，对应的Tg及Ti均随着液晶交联剂含量增加而呈现升高趋势；对于P2系列弹性体，对应的Tg随着交联剂含量增加而呈现先降后升，而Ti则一直降低的趋势；对于P8系列弹性体，对应的Tg随着交联剂含量增加而呈现先降后升，而Ti则呈现先升后降的趋势。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 液晶简介

1.1.1 液晶的发现和研究简史

1.1.2 液晶的分类

1.1.3 形成液晶的条件

1.1.4 液晶分子的化学结构与性质的关系

1.1.5 液晶的表征

1.1.6 液晶的相行为

1.1.7 液晶的织构

1.2 液晶高分子简介

1.2.1 液晶高分子的产生及发展

1.2.2 液晶高分子的分类

1.2.3 液晶高分子的理论基础

1.2.4 液晶高分子的应用

1.3 胆甾相液晶高分子概述

1.3.1 胆甾相液晶的特性

1.3.2 胆甾相液晶高分子的设计

1.3.3 胆甾相液晶高分子的研究现状

1.4 侧链液晶高分子简介

1.4.1 侧链液晶高分子概述

1.4.2 侧链液晶高分子的分子设计与合成

1.4.3 侧链液晶高分子的应用

1.5 液晶弹性体

1.5.1 液晶弹性体简介

1.5.2 液晶弹性体的结构和分子设计

1.5.3 液晶弹性体的制备方法

1.5.4 液晶弹性体的应用

1.6 本论文的特色与意义

第二章 实验部分

2.1 主要实验试剂及理化性质

2.2 测试方法及仪器

2.3 合成路线

2.3.1 中间体及单体的合成路线

2.3.2 液晶聚合物的合成路线

2.4 实验步骤

2.4.1 液晶中间体及单体的制备

2.4.2 液晶聚合物的制备

第三章 结果与讨论

3.1 结构分析

3.1.1 液晶中间体的红外分析

3.1.2 液晶单体的红外分析

3.1.3 液晶单体的核磁分析

3.1.4 液晶均聚物的红外分析

3.1.5 液晶弹性体的红外分析

3.2 旋光度分析

3.3 单体的液晶性能分析

3.3.1 M1的液晶性能分析

3.3.2 M2的液晶性能分析

3.3.3 M3的液晶性能分析

3.3.4 M4的液品性能分析

3.3.5 M5的液晶性能分析

3.3.6 M6的液晶性能分析

3.3.7 M7的液晶性能分析

3.3.8 M8的液晶性能分析

3.3.9 N1的液晶性能分析

3.3.10 N2的液晶性能分析

3.4 聚合物的液晶性能分析

3.4.1 均聚物的液晶性能分析

3.4.2 弹性体P1系列的液晶性能分析

3.4.3 弹性体P2系列的液晶性能分析

3.4.4 弹性体P8系列的液晶性能分析

第四章 结论

参考文献

致谢