聚硅氧烷类侧链液晶弹性体的合成与液晶性能研究

摘要

液晶科学正朝着多功能化和高取向的方向发展，其中一个典型代表就是液晶弹性体。液晶弹性体除具有液晶的光学性质和取向有序性，还具有弹性体优良的机械性能、热和化学稳定性，成为近年来液晶高分子研究领域中的一大热门课题。有关液晶弹性体的分子设计及结构与性质的研究已经成为研究热点，探讨体系组分间的相互作用及开发其在电子材料等高技术领域的应用是目前液晶弹性体研究的两大方向。 根据目前弹性体的发展现状及研究的方向，本论文设计合成了不同交联结构的侧链型弹性体和相应的非交联侧链型聚合物，以研究交联单体和液晶单体对弹性体液晶性能的影响。 作为本论文所研究系列弹性体和非交联聚合物的准备，第二章设计合成了三种液晶单体和两种交联单体：胆甾型液晶单体(+)4-丙烯酰氧基苯甲酸-[4′-(2-甲基)丁氧基]联苯酯(M1)，兼具胆甾和近晶相的液晶单体(+)4-(2-丙烯酰氧基)乙氧基苯甲酸-[4′-(2-甲基)丁氧基]联苯酯(M2)，向列型液晶单体4-烯丙氧基苯甲酸-[4′-(4-n-戊基苯甲酸)]对苯二酚双酯(M3)；刚性的近晶型液晶交联单体4-[3，5-二(丙烯酰氧基苯甲酸)]-[4′-(4-烯丙氧基苯甲酸)]对苯二酚双酯(Mc2)，半刚性的非液晶交联单体4-[3，5-二(十一烯酰氧基苯甲酸)]-[4′-(4-烯丙氧基苯甲酸)]对苯二酚双酯(Mc3)。其中，液晶单体M1，M2和交联单体Mc2，Mc3尚未见文献报道。 第三章利用上述三种液晶单体，两种交联单体及另一柔性结构的非液晶交联单体三丙烯酸三羟甲基丙烷酯(Mc1)制备了未见文献报道的九个系列不同结构的侧链型弹性体和相应的三个系列非交联侧链型聚合物：含柔性交联基元的弹性体系列P1-c1，P2-c1，P3-c1；含刚性交联基元的弹性体系列P1-c2，P2-c2，P3-c2；含半刚性交联基元的弹性体系列P1-c3，P2-c3，P3-c3；不含交联基元的非交联聚合物系列P1，P2，P3。重点讨论了交联单体结构对弹性体相行为的影响，探讨了体系中不同组分间的相互作用，得到如下结论：(1)液晶单体有较强的维持液晶基元有序排列的能力是弹性体具有液晶性能的先决条件；柔性交联单体对弹性体的液晶性能影响较小，但高交联度时将导致弹性体液晶性能的丧失，在各向同性相以半刚性结构的交联单体进行交联，将削弱弹性体的液晶性能，并可能导致其液晶性能的丧失，在各向同性相以刚性结构的交联单体进行交联，将强烈削弱弹性体的液晶性能，并可能导致其液晶性能的丧失，即由于体系各组分间存在耦合作用，如果在各向同性相进行交联制备液晶弹性体，交联单体的刚性越强，对弹性体液晶性能的削弱也越强；交联单体的引入不改变弹性体的液晶相类型。 (2)提出了近似估算交联单体对弹性体玻璃化转变温度的影响的公式Tg=Tgo+ρx·(Kx+αx)，式中Kx，αx分别是有关交联作用和增塑作用的常数；ρx是弹性体的交联密度；Tg和Tg0分别是弹性体和相应非交联聚合物的玻璃化转变温度。 (3)可由公式Ti=Ti0+△F/△S近似估算交联单体对弹性体清亮点温度的影响，式中△F代表交联结构由液晶态时的构象改变为各向同性相时的构象所需的能量，Ti和Ti0分别是弹性体和相应非交联聚合物的清亮点温度。 (4)制备液晶性能优良的侧链液晶弹性体必须：①使用保持液晶基元有序排列能力强的液晶单体，以赋予弹性体良好的液晶性能；②如果在各向同性相交联制备弹性体，使用分子柔顺性好的交联单体，以减少交联对弹性体液晶性能的破坏。 本论文的重点在于研究液晶单体及交联单体对弹性体液晶性能的影响，目的在于为制备液晶性能优良的液晶弹性体提供理论或经验上的指导，因此没有涉及液晶弹性体的机械性能，光电性能，实际应用等方面的研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1液晶高分子概述

1.1.1物质的液晶态与液晶高分子

1.1.2液晶高分子的发展简史

1.1.3液晶高分子的分类

1.1.4液晶高分子的分子结构与性能

1.1.5高分子液晶态的表征与研究

1.1.6液晶高分子的理论基础

1.2侧链型液晶高分子

1.2.1侧链型液晶高分子的结构特征

1.2.2侧链液晶高分子的Wang-Warner理论

1.2.3侧链型液晶高分子研究内容

1.3液晶弹性体

1.3.1液晶弹性体的结构与分子设计

1.3.2液晶弹性体理论

1.3.3液晶弹性体的物理性质

1.3.4液晶弹性体的国内外研究现状与应用前景

1.4本论文的研究构思和分子设计

参考文献

第二章液晶单体及交联单体的合成与性能研究

2.1实验部分

2.1.1主要实验试剂

2.1.2测试仪器

2.1.3合成部分

2.2结果与讨论

2.2.1结构表征

2.2.2单体的液晶性能分析

2.2.2单体的液晶性能分析 2.2.2.1M1的液晶性能分析

2.2.2单体的液晶性能分析 2.2.2.2M2的液晶性能分析

2.2.2单体的液晶性能分析 2.2.2.3M3的液晶性能分析

2.2.2单体的液晶性能分析 2.2.2.4Mc2的液晶性能分析

2.2.2单体的液晶性能分析 2.2.2.5Mc3的液晶性能分析

2.3本章小结

参考文献

第三章侧链型液晶弹性体的合成与性能研究

3.1非交联侧链液晶高分子的合成与性能表征

3.1.1实验部分

3.1.2结果与讨论

3.1.3小结

3.2含柔性交联单体的侧链液晶弹性体的合成与性能表征

3.2.1实验部分

3.2.2结果与讨论

3.2.3小结

3.3含刚性交联单体的侧链液晶弹性体的合成与性能表征

3.3.1实验部分

3.3.2结果与讨论

3.3.3小结

3.4含半刚性交联单体的侧链液晶弹性体的合成与性能表征

3.4.1实验部分

3.4.2结果与讨论

3.4.3小结

3.5交联单体结构对弹性体的液晶相行为的影响

3.5.1交联单体结构对弹性体玻璃化转变温度的影响

3.5.2交联单体结构对弹性体清亮点温度的影响

3.6本章小结

参考文献

第四章结论

致谢

博士期间发表和待发表的文章