基于L-异亮氨酸衍生物的液晶单体及弹性体的合成与性能研究

论文摘要

手性液晶材料因其独特的光电性能及其在非线性光学、快速光开关、微电子等领域具有潜在的应用前景而受到人们越来越多的重视。而设计与合成新型结构的手性液晶化合物一直是液晶研究中的一个热点。目前,有关以L-异亮氨酸衍生物作为手性剂来制备手性液晶材料的研究报道较少,因此,本论文以L-异亮氨酸衍生物为手性剂来合成手性液晶高分子的研究不仅丰富了液晶高分子的内容,而且为设计和合成具有特定光电性能的液晶弹性体提供了新的思路和一定的理论依据。本论文设计并合成了四种含L-异亮氨酸衍生物的手性液晶单体和两种液晶交联剂,手性液晶单体分别为4-十一烯酸-4’-（2S,3S）-2-氯-3-甲基戊酸联苯双酯（M1）、4-十一烯酸-4’-（2S,3S）-2-氯-3-甲基戊酰氧苯甲酸联苯双酯（M2）、4-十一酰氧基苯甲酸-4’-（2S,3S）-2-氯-3-甲基戊酸联苯双酯（M3）、4-十一酰氧基苯甲酸-4’-（2S,3S）-2-氯-3-甲基戊酰氧苯甲酸联苯双酯（M4）;交联剂分别为4-十一烯酰氧基（6-己氧基）苯甲酸-4’-十一烯酸联苯双酯（N1）和4-十一烯酰氧基（6-己氧基）苯甲酸-4’-十一烯酰氧基苯甲酸对苯二酚双酯（N2）。此外,分别将手性单体与PMHS通过接枝聚合制备了四种均聚物Pn系列；再将M3与N1、M3与N2分别与PMHS共聚,制得了两个系列的手性液晶弹性体E1系列和E2系列。所合成单体、交联剂、均聚物及弹性体的结构通过了FT-IR和1H-NMR的表征,液晶性能通过了POM. DSC的分析,其旋光性通过了旋光分析仪的表征,并利用紫外／可见／近红外测试了手性单体的选择反射性质。研究表明：手性单体M1～M4均为右旋化合物,其比旋光度随化合物刚性的增加而降低,而对于端基相同、液晶核刚性大小接近的单体,其比旋光度比较接近。M1～M4均为热致液晶化合物,M1呈现手性近晶C（Sc9）相的破碎扇形织构；M2与M3升降温过程均呈现Sc9相的破碎扇形织构及胆甾相的油丝织构和焦锥织构；M4只呈现胆甾相的油丝织构和焦锥织构。M2与M3样品在SC9相区升温,其选择反射波长发生“红移”；而在胆甾相区升温,其反射波长发生“蓝移”。对于液晶单体,随着液晶核刚性的增加,对应单体的熔点（Tm）与液晶清亮点（Ti）均升高例如,与M1相比较,M3的Tm增加了37.6℃,Ti增加了93.1℃。对比M2和M3,它们是由完全相同的原料合成,端基相同,而液晶核的组合方式不同,对应的相变温度略有差异,而相变类型和液晶织构不变。交联剂N1与N2为双致变液晶化合物,其中N1在升降温过程中均呈现典型的近晶A（SA）相的扇形织构和向列相的球粒织构和纹影织构。N2呈现近晶B（SB）相的马赛克织构、近晶C（SC）相的破碎扇形织构、SA相的扇形织构及向列相的纹影织构。对于N1与N2,随着液晶核中桥键（酯基）数的增加,对应交联剂的Tm和Ti略有增加。均聚物P1～P4均为非晶液晶高分子,均呈现了明显的玻璃化转变温度。P1～P4均呈现液晶相的彩色织构,但特征性不明显。均聚物中液晶基元的结构对该系列Tg和Ti的影响趋势与对应单体的结构对其Tm与Ti的影响趋势基本一致,而且四种均聚物的液晶相温度范围远大于对应单体的液晶相范围,表明聚合对液晶相具有稳定作用。弹性体E1系列和E2系列的DSC曲线只出现玻璃化转变,而未出现明显的清亮点峰,但POM表明它们具有液晶性能,均呈现彩色的液晶织构。总体而言,随着液晶交联剂含量的增加,这两个系列弹性体的Tg逐渐增加,而Ti逐渐下降。当交联剂N1与N2的含量分别从3mmo1%增加到15mmo1%时,弹性体E1系列的Tg从11.2℃增加到25.1℃,而Ti则从180.3℃降低到148.4℃；弹性体E2系列的Tg从13.5℃增加到14.7℃,而Ti则从199.3℃降低到183.1℃。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 液晶综述
• 1.1.1 液晶的发现及发展简史
• 1.1.2 液晶的基本概念
• 1.1.3 液晶的研究领域
• 1.1.4 液晶的分类
• 1.1.5 液晶的基本结构
• 1.2 液晶高分子
• 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 液晶高分子的应用
• 1.3 手性侧链液晶高分子
• 1.3.1 手性侧链液晶高分子简介
• 1.3.2 手性侧链液晶高分子的结构与性能
• 1.3.3 手性侧链液晶高分子的分子设计及合成
• 1.3.4 手性侧链液晶高分子的国内外研究现状
• 1.4 手性液晶弹性体
• 1.4.1 液晶弹性体简介
• 1.4.2 液晶弹性体的结构与分子设计
• 1.4.3 手性液晶弹性体
• 1.5 本论文特色与意义
• 第2章 手性液晶单体的合成与性能研究
• 2.1 主要试剂及理化性质
• 2.2 测试仪器
• 2.3 手性单体的分子设计
• 1的分子设计'>2.3.1 手性单体M₁的分子设计
• 2的分子设计'>2.3.2 手性单体M₂的分子设计
• 3的分子设计'>2.3.3 手性单体M₃的分子设计
• 4的分子设计'>2.3.4 手性单体M₄的分子设计
• 2.4 手性单体的合成
• 1的合成'>2.4.1 手性单体M₁的合成
• 2的合成'>2.4.2 手性单体M₂的合成
• 3的合成'>2.4.3 手性单体M₃的合成
• 4的合成'>2.4.4 手性单体M₄的合成
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 结构分析
• 2.5.2 UV分析
• 2.5.3 旋光性能分析
• 2.5.4 液晶性能分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 液晶交联剂的合成与性能研究
• 3.1 主要试剂及理化性质
• 3.2 测试仪器
• 3.3 交联剂的分子设计
• 1的分子设计'>3.3.1 交联剂N₁的分子设计
• 2的分子设计'>3.3.2 交联剂N₂的分子设计
• 3.4 交联剂的合成
• 1的合成'>3.4.1 交联剂N₁的合成
• 2的合成'>3.4.2 交联剂N₂的合成
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 中间体的红外分析
• 3.5.2 交联剂的红外分析
• 3.5.3 液晶交联剂的核磁分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 液晶均聚物的合成与性能研究
• 4.1 主要试剂及理化性质
• 4.2 测试仪器
• 4.3 液晶均聚物的分子设计
• 4.4 液晶均聚物的合成
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 均聚物的红外分析
• 4.5.2 均聚物的液晶性能分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 液晶弹性体的合成与性能研究
• 5.1 主要试剂及理化性质
• 5.2 测试仪器
• 5.3 液晶弹性体的分子设计
• 5.4 液晶弹性体的合成
• 5.5 结果与讨论
• 5.5.1 弹性体的红外分析
• 5.5.2 弹性体的液晶性能分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的论文