液晶高分子的设计与合成

1、液晶高分子 ( Liquid Crystal Polymers),液晶高分子概述,晶态,液晶,液态,液晶的发现,Lehmann,兼有液体流动性和晶体光学各向异性的有序态称为液晶。,Reinitzer,液晶具有强的光散射，一般是浑浊的。液晶具有很大的双折射的性质。,概述液晶聚合物的分类,向列相（N) 近晶相(S) 胆甾相 (Ch) 柱状相(ND),（有取向序无平移序）,（有取向序和平移序）,nematic phase; nematic,smectic phase,cholesteric phase,columnar phase,液晶物质的化学结构,一、棒状结构,：液晶基元或介晶基元,结构特征：大

2、的长径比（4); 分子间的各相异性相互作用。,二、碟状结构,碗状液晶分子,三、双亲性分子,浓度 低,高,熔点Tm（转变点）：从晶态到液晶态的转变温度。 清亮点Ti（澄清点）：由液晶态转变为各向同性液体的温 度。 I233N212SA149SF140SG61SHCr,thermotropic,lyotropic,液晶高分子的类型,液晶高分子的分子设计与合成,具有高度的不对称性 存在极性或易于极化的原子或原子基团 分子有足够的刚性(rigidity ),1、液晶小分子分子结构特点,液晶高分子分子设计的一般原则：,2、分子量及其分布的影响,液晶高分子的性质因分子量及其分布不同而有明显 差异。,提高分

3、子量可提高液晶相的稳定性。,主链型液晶高分子,一、溶致主链型液晶高分子,介晶基元：环状结构桥键,常见的环状结构：,常见的桥键：,main chain liquid crystalline polymer,1、聚芳酰胺(PBA),纺成的纤维为B纤维,纤维为kevlar,2、聚芳杂环,聚苯并噻唑,(PPTA),二、热致主链型液晶高分子,1. 热致主链型液晶高分子设计就是通过大分子链的改性降低熔点。 降低熔点主要方法： a、在刚性主链中引入柔性成分 可能带来三个协同效应 降低液晶聚合物质相转变温度 导致相转变温度的奇偶效应 发生液晶态类型的变化,b、共聚,共聚合是改变聚合物主链化学结构的一种有效方法

4、。,共聚合可破坏分子链的规整性，并能降低链刚性，从 而降低熔点。,c、苯环上引入取代基,苯环上取代基对熔点的影响取决于空间效应和极性 效应二者的竞争。取代基越大，聚合物熔点越低，取 代基极性越大，熔点越高。,d、在刚性主链中引入非线性结构单元 非线性结构单元的引入破坏了刚性主链的线性结构，可 降低聚合物熔点的目的。,扭曲结构单元(kimks),曲柄状结构单元(crankshaft),2. 合成方法,Vectra,芳香聚酯的合成：,通过熔融缩聚或溶液缩聚、界面缩聚等方法合成。,3. 其他主链型液晶高分子,其他溶致主链型液晶高分子,天然的:多肽、蛋白质、病毒、大部分纤维素衍生物等。 合成的：聚芳酰

5、肼、聚异氰酸酯（C6-C12)、聚有机磷腈等。,其他热致主链型液晶高分子,如偶氮苯、氧化偶氮苯聚醚、聚氨酯、聚酰胺、聚碳酸酯、 聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷等。,兼有溶致和热致性的主链液晶高分子,主链型席夫碱（甲亚胺）液晶聚醚,含盘状介晶基元主链液晶高分子,如聚芳酯、聚芳醚、聚芳酰胺、嵌段共聚物等。,主链高分子液晶的问题,Temperature problem Tm: too high Melting processibility: poor,解决方法(分子设计),共聚（降低分子间作用力；降低规整度） 在聚合物刚性连中引入柔性段 聚合单体之间进行非线性连接,基本思路：利用共聚的方法降低熔融温度或增

6、加溶解性,Tm 340 oC,共聚,采用多环芳烃替代苯以增大单体的横向尺寸； 或者在苯环的侧面引入大取代基,Tm 260 oC,n,m,在聚合物刚性连中引入柔性段 （增加分子链的热运动能力从而降低聚合物的熔点）,聚合单体之间进行非线性连接 （降低聚合物规整度，减小分子间力）,侧链型液晶高分子,侧链型液晶高分子的液晶性质主要决定于含有介晶基 元的侧链。主要用作功能材料。,结构类型：,1、侧链型液晶的分子设计,柔性链段去偶合模型,在主链与液晶基元之间插入柔性链段，该柔性链段 能够解除主链和液晶基元两者运动间的“偶合”，使 两者各自独立运动，互不干扰。,NreSAN I,影响因素：,主链影响：不能完全去偶，主链与侧链运动相互受影响。 间隔链长度的影响：间隔链长度增加，Tg下降， 液晶态的有序性增大。,液晶基元影响：液晶基元长度增加，液晶的有序性和 稳定性提高.,末端基的影响：末端基长度增长，液晶