新型手性单体及侧链液晶弹性体的合成与性能研究

论文摘要

胆甾液晶弹性体除具有液晶的光学性质和取向有序性,还具有网络高分子优良的机械性能和化学稳定性,成为近年来液晶高分子研究领域中的热门课题之一。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。本论文设计与合成了五种含薄荷基的手性单体和两种液晶交联剂：五种单体分别为4-（2-烯丙氧基苯甲酰氧基乙氧基）苯甲酸-4′-孟氧乙酸对苯二酚双酯（M1）；4-（2-烯丙氧基苯甲酰氧基乙氧基）苯甲酸-4′-孟氧乙酸对联苯酚双酯（M2）；4-（2-烯丙氧基苯甲酰氧基乙氧基）苯甲酸-4′-孟氧乙酰氧基苯甲酸对苯二酚双酯（M3）；4-（6-烯丙氧基苯甲酰氧基己氧基）苯甲酸-4′-孟氧乙酸对联苯酚双酯（M4）；4-（6-烯丙氧基苯甲酰氧基己氧基）苯甲酸-4′-孟氧乙酰氧基苯甲酸对苯二酚双酯（M5）。两种液晶交联剂分别为：4-烯丙氧基苯甲酸-4′-十一烯酸对联苯酚双酯（M6）；4-烯丙氧基苯甲酸-4′-十一烯酸对苯二酚双酯（M7）。此外,将单体M2-M5分别与聚甲基含氢硅氧烷聚合,得到四种均聚物（PM2-PM5）。将M2和M6、M4和M7分别与聚甲基含氢硅氧烷聚合,得到两个系列的共聚物。所合成的液晶单体、交联剂及液晶弹性体在国内外均未见报道。采用红外、核磁、POM、DSC、TGA等手段对所合成的单体、交联剂及弹性体的化学结构及液晶性能进行了表征,讨论了单体和交联剂的结构与液晶性能之间的关系,并探讨了液晶交联剂含量对弹性体相行为的影响。除M1没有液晶性能外,其他单体与交联剂都具有液晶性。其中M2-M5都是胆甾相液晶化合物,在升降温过程中呈现油丝织构和焦锥织构。随着液晶单体柔性的增加,熔点（Tm）与清亮点（Ti）降低。交联剂M6与M7在升降温过程均呈现向列相的纹影织构,此外,M6在升温过程还呈现近晶A（SA）相扇形织构,降温过程呈现近晶SA相扇形织构、近晶C（Sc）相破碎扇形织构以及近晶B（SB）相马赛克织构。均聚物PM2-PM5均呈现胆甾液晶的Grandjean织构,随着液晶基元柔性的增加,对应均聚物的玻璃化温度降低。两个系列的弹性体也呈现胆甾液晶的Grandjean织构。对于液晶弹性体,重点讨论了交联剂含量对弹性体相行为和热性能的影响。随着交联剂含量的增加,玻璃化温度均呈现先降低后增加的趋势,这主要是由于对于交联剂的影响必须同时考虑交联和增塑两种效应。当交联度较小时,增塑效应占主导地位,其Tg相应地低于母体聚合物的Tg,但随着交联度的增加,交联效应逐渐占优,此时Tg又会高于母体聚合物的Tg。弹性体PM2系列的清凉点Ti先升高,在交联剂含量为12mol%时又开始降低。TG表明所有弹性体的热分解温度均在330.0℃以上,具有良好的热稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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
• 1.1.7 液晶高分子的应用
• 1.2 手性侧链液晶高分子
• 1.2.1 手性侧链液晶高分子简介
• 1.2.2 手性侧链液晶高分子的发展及应用
• 1.2.3 手性侧链液晶的分子设计与合成
• 1.2.4 手性液晶高分子的国内外研究现状
• 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 液晶弹性体的物理性质
• 1.3.3 液晶弹性体的国内外研究现状与应用前景
• 1.4 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 液晶单体与交联剂的合成
• 2.3.2 交联剂的合成
• 2.3.3 液晶均聚物的合成
• 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 单体与交联剂的红外分析
• 3.1.3 单体与交联剂的核磁分析
• 3.1.4 均聚物红外分析
• 3.1.5 弹性体红外分析
• 3.2 单体的旋光性分析
• 3.3 液晶性能分析
• 3.3.1 单体与交联剂液晶性能分析
• 3.3.2 均聚物液晶性能分析
• 3.3.3 弹性体液晶性能分析
• 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