高分子物理 取向态和织态结构 高分子液晶.ppt

3.高分子液晶的分子结构特征 3.1 高分子液晶的化学结构 液晶是某些物质在从固态向液态转换时形成的 一种具有特殊性质的中间相态或过渡相态。显然过 渡态的形成与分子结构有着内在联系。液晶态的形 成是物质的外在表现形式，而这种物质的分子结构 则是液晶形成的内在因素。 分子结构在液晶的形成过程中起着主要作用，决定着液晶的相结构和物理化学性质。 3.高分子液晶的分子结构特征 式中:R、R′为烷基、烷氧基、酰氧基、氰基等，A为中央基团 3.高分子液晶的分子结构特征 分子结构 研究表明，能够形成液晶的物质通常在分子结构中具有刚性部分，称为致晶单元。从外形上看，致晶单元通常呈现近似棒状或片状的形态，这样有利于分子的有序堆砌。这是液晶分子在液态下维持某种有序排列所必须的结构因素。在高分子液晶中这些致晶单元被柔性链以各种方式连接在一起。 3.高分子液晶的分子结构特征 聚合物骨架 连接单元 取代基 刚性体 3.高分子液晶的分子结构特征 致晶单元通常由苯环、脂肪环、芳香杂环等通过刚性连接单元（X，又称中心桥键）连接组成。 连接单元常见的化学结构包括亚氨基（－C＝N－）、反式偶氮基（－N＝N－）、氧化偶氮（－NO＝N－）、酯基（－COO－）和反式乙烯基（－C＝C－）等。 3.高分子液晶的分子结构特征 致晶单元的端部通常还有一个柔软、易弯曲的取代基，这个端基单元是各种极性或非极性基团，对形成的液晶具有一定稳定作用，因此也是构成液晶分子不可缺少的结构因素。 常见的R包括: —R’、 —OR’、 —COOR’、 —CN、 —OOCR’、 —COR’、 —Cl、 —Br、—NO2等。 3.高分子液晶的分子结构特征 3.2 影响液晶形态和性能的因素 影响高分子液晶形态与性能的因素包括内在因素和外在因素两部分。 内在因素:分子结构、分子组成和分子间力。 外部因素:主要包括环境温度、溶剂等。 3.2.1 内部因素对液晶形态与性能的影响 刚性部分 高分子液晶分子中必须含有具有刚性的致晶单元。刚性结构不仅有利于在固相中形成结晶，而且在转变成液相时也有利于保持晶体的有序度。 致晶单元形状 致晶单元呈棒状的，有利于生成向列型或近晶型液晶；致晶单元呈片状或盘状的，易形成胆甾醇型或盘型液晶。 热致性高分子液晶相态和性能影响最大的因素。分子间力大和分子规整度高虽然有利于液晶形成，但是相转变温度也提高，使液晶形成温度提高，不利于液晶的加工和使用。 溶致性高分子液晶不存在上述问题。 分子构型和分子间力 3.2.1 内部因素对液晶形态与性能的影响 高分子链的形状、刚性大小都对液晶的热稳定性起到重要作用。 含有双键、三键的二苯乙烯、二苯乙炔类的液晶的化学稳定性较差，会在紫外光作用下因聚合或裂解失去液晶的特性。 高分子链段中引入饱和碳氢链使得分子易于弯曲，降低刚性连接单元的刚性，可得到低温液晶态。 连接单元 3.2.1 内部因素对液晶形态与性能的影响 对热致型高分子液晶来说，最重要的影响因素是温度。足够高的温度能够给高分子提供足够的热动能，是使相转变过程发生的必要条件。因此，控制温度是形成高分子液晶和确定晶相结构的主要手段。除此之外，施加一定电场或磁场力有时对液晶的形成也是必要的。 3.2.1 外部因素对液晶形态与性能的影响 温度 对溶致型液晶，溶剂与高分子液晶分子之间 的作用起非常重要的作用。溶剂的结构和极性决定 了与液晶分子间的亲和力的大小，进而影响液晶分 子在溶液中的构象，能直接影响液晶的形态和稳定 性。控制高分子液晶溶液的浓度是控制溶液型高分 子液晶相结构的主要手段。 溶剂作用 3.2.1 外部因素对液晶形态与性能的影响 3.3 高分子液晶的相行为 3.3.1 主链型高分子液晶的相行为 通过对共聚酯的化学结构与液晶相行为的关系的大量研究，发现分子链中柔性链段的含量与分布、相对分子质量、间隔基团的含量和分布、取代基的性质等因素均影响液晶的相行为。 3.3.1 主链型高分子液晶的相行为 1）柔性链段含量与分布的影响 研究表明，完全由刚性基团连接的分子链由于熔融温度太高而无实用价值，必须引入柔性链段才 能很好呈现液晶性。以PET/PHB共聚酯为例，当PET和PHB的比例为40/60，50/50，60/40，70/30， 80/20时，均呈现液晶性，而以40/60的相区间温度最宽。 柔性链段越长，液晶转化温度越低，相区间 温度范围也越窄。柔性链段太长则失去液晶性。 研究表明，共聚酯液晶的清亮点Tlc随其相对分 子质量的增加而上升。当相对