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液晶高分的设计与合成
主链高分子液晶的问题 Temperature problem Tm: too high Melting processibility: poor 共聚 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) * 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。 I233N212SA149SF140SG61SH→Cr thermotropic lyotropic 液晶高分子的类型 热致型 热致型 热致型 或 溶致型 热致型 热致型 或 溶致型 溶致型 液晶性 侧链型 主链型 复合型 侧链型 主链型 侧链型 主链型 液 晶 高 分 子 碟状 棒状 非两亲分子 两亲分子 单体或液晶基元 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。 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。 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加溶解性 Tm 340 oC 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 *
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