侧链胆甾液晶弹性体的合成与性能研究

论文摘要

胆甾液晶高分子是指在一定条件下能以液晶态存在的高分子,它兼有胆甾液晶分子的取向序和位置序及高分子化合物的特性。而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、热力学和化学稳定性,是目前液晶高分子研究领域中的前沿课题,因此对胆甾液晶弹性体的研究,具有重要的理论意义,而且在压电、非线性光学等领域具有潜在的应用前景。目前,有关胆甾液晶弹性体的研究报道较少,因此,本论文所开展的胆甾液晶弹性体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学性能的胆甾液晶网络高分子提供了新的思路和一定的理论依据。本文设计与合成了八种手性液晶单体,这些单体分别为：4-烯丙氧基-4’-胆甾氧羰基戊酸对联苯酚双酯（M1）、4-烯丙氧基苯甲酸-4’-胆甾氧羰基戊酸对苯二酚双酯（M2）、4-烯丙氧基苯甲酸-4’-胆甾氧羰基戊酸对联苯酚双酯（M3）、4-烯丙氧基-4’-胆甾氧羰基戊酰氧基苯甲酸对联苯酚双酯（M4）、4-烯丙氧基苯甲酸-4’-胆甾氧羰基戊酰氧基苯甲酸对苯二酚双酯（M5）、4-烯丙氧基苯甲酸-4’-孟氧乙酰氧基苯甲酸对联苯酚双酯（M6）、4-烯丙氧基苯甲酸-4’-孟氧乙酰氧基苯甲酸对苯二酚双酯（M7）和2-（10-十一烯酸）-5-（4-乙氧苯甲酰氧基联苯）氧羰基戊酸异山梨醇酯（M8）,以及两种交联剂4,4’-十一烯酸对苯二酚双酯（M9）和4,4’-十一烯酰氧基苯甲酸对苯二酚双酯（M10）,及通过自由基聚合制备了五个系列的聚合物,分别是胆甾液晶高分子P1系列、胆甾液晶弹性体P2～P5系列。其中除M10外,其余九种单体及五个系列的液晶高分子、液晶弹性体在国内外均未见报道,在分子设计法上具有创新性。采用红外光谱仪（FT-IR）、核磁共振仪（1H-NMR）、差示扫描量热仪（DSC）、热失重分析仪（TGA）及偏光显微镜（POM）等技术对所合成的液晶单体、交联剂、液晶高分子及液晶网络高分子的结构与性能进行了研究,结果表明：单体M1～M8均为互变液晶化合物,升温过程呈现胆甾相的油丝织构和指纹织构,降温过程呈现焦锥织构,随着胆甾液晶核刚性的增加,熔点（Tm）与清亮点（Ti）升高。交联剂M9为非液晶化合物,升降温过程均观察不到任何液晶性质。交联剂M10在升温过程呈现向列相的丝状织构,降温过程呈现向列相的球粒织构与丝状织构及近晶相的扇型织构。对于胆甾液晶弹性体P2～P5系列,重点讨论了交联剂种类（非液晶交联剂和液晶交联剂）与含量对弹性体相行为和热性能的影响。随着非液晶交联剂含量的增加,P2系列与P3系列液晶弹性体的Tg呈现先降后升的趋势,而清亮点Ti呈现下降趋势；随着液晶交联剂含量的增加,P4系列与P5系列液晶弹性体的Tg呈现先降后升的趋势,Ti呈现先降后升的趋势。所有合成的聚合物和弹性体具有良好的热稳定性能,热分解温度均在270℃以上。这些研究内容不仅具有重要的理论意义,而且也为进一步研究其在压电等领域中的应用提供了一定的理论基础和必要的技术支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 液晶简介
• 1.1.1 液晶的产生和发展
• 1.1.2 液晶的研究领域
• 1.1.3 液晶的分类
• 1.1.4 液晶分子的化学结构和要求
• 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 液晶高分子的理论基础
• 1.2.3 液晶高分子的分子结构与性能
• 1.2.4 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发展及应用
• 1.3.3 手性侧链液晶的分子设计与合成
• 1.3.4 手性液晶单体及高分子的国内外研究现状
• 1.4 液晶弹性体
• 1.4.1 液晶弹性体的结构与分子设计
• 1.4.2 液晶弹性体的物理性质
• 1.4.3 液晶弹性体的国内外研究现状与应用前景
• 1.5 压电液晶高分子
• 1.5.1 压电液晶高分子简介
• 1.5.2 压电液晶高分子的应用
• 1.6 本论文的意义及特色
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要试剂及理化性质
• 2.2 测试方法及仪器
• 2.3 合成路线
• 2.3.1 液晶单体的合成
• 2.3.2 交联剂的合成
• 2.3.3 液晶聚合物的合成
• 2.4 实验步骤
• 2.4.1 液晶单体的制备
• 2.4.2 交联剂的制备
• 2.4.3 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 中间体的红外分析
• 3.1.2 单体的结构分析
• 3.1.3 聚合物红外分析
• 3.2 单体的旋光性分析
• 3.3 单体液晶性能分析
• 3.3.1 单体的织构分析
• 3.3.2 单体的热性能分析
• 3.4 聚合物液晶性能分析
• 1系列的液晶性能分析'>3.4.1 均聚物P₁系列的液晶性能分析
• 2系列的液晶性能分析'>3.4.2 弹性体P₂系列的液晶性能分析
• 3系列的液晶性能分析'>3.4.3 弹性体P₃系列的液晶性能分析
• 4系列的液晶性能分析'>3.4.4 弹性体P₄系列的液晶性能分析
• 5系列的液晶性能分析'>3.4.5 弹性体P₅系列的液晶性能分析
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的论文