液晶態(tài)高分子材料

1、液晶態(tài)液晶態(tài) (Liquid Crystal)6.7 液晶態(tài)結(jié)構(gòu)液晶態(tài)結(jié)構(gòu) Liquid Crystalo液晶態(tài)是物質(zhì)的一種存在形態(tài)液晶態(tài)是物質(zhì)的一種存在形態(tài), 它具有晶體的它具有晶體的光學(xué)各向異性光學(xué)各向異性, 又具有液體的流動(dòng)性質(zhì)又具有液體的流動(dòng)性質(zhì), 又稱又稱之為介晶態(tài)之為介晶態(tài)6.7.1 液晶聚合物的結(jié)構(gòu)與性能液晶聚合物的結(jié)構(gòu)與性能o一些物質(zhì)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)受熱熔融或被溶劑溶解后，一些物質(zhì)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)受熱熔融或被溶劑溶解后，表觀上雖然變成了具有流動(dòng)性的液體物質(zhì)，但表觀上雖然變成了具有流動(dòng)性的液體物質(zhì)，但結(jié)構(gòu)上仍然保持著晶體結(jié)構(gòu)特有的一維或二維結(jié)構(gòu)上仍然保持著晶體結(jié)構(gòu)特有的一維或二維有序排列，有

2、序排列，形成一種兼有部分晶體和液體性質(zhì)形成一種兼有部分晶體和液體性質(zhì)的過渡狀態(tài)的過渡狀態(tài)，這種中間狀態(tài)稱為液晶態(tài)。其所，這種中間狀態(tài)稱為液晶態(tài)。其所處狀態(tài)的物質(zhì)稱為液晶。處狀態(tài)的物質(zhì)稱為液晶。o液晶有小分子液晶和高分子液晶液晶有小分子液晶和高分子液晶, 液晶高分子具液晶高分子具有高強(qiáng)度、高模量、高流動(dòng)性有高強(qiáng)度、高模量、高流動(dòng)性6.7.2 液晶的發(fā)展歷史液晶的發(fā)展歷史o1888年年, 奧地利植物學(xué)家奧地利植物學(xué)家F. Reinitzer觀察到膽甾醇觀察到膽甾醇酯具有雙熔點(diǎn)現(xiàn)象酯具有雙熔點(diǎn)現(xiàn)象, 而且從升溫和降溫到這兩個(gè)熔而且從升溫和降溫到這兩個(gè)熔點(diǎn)之間呈現(xiàn)出不同的光學(xué)各向異性點(diǎn)之間呈現(xiàn)出不同的

3、光學(xué)各向異性o德國物理學(xué)家德國物理學(xué)家O. Lehmann對(duì)其進(jìn)行深入研究對(duì)其進(jìn)行深入研究, 并發(fā)并發(fā)明了光學(xué)顯微鏡熱臺(tái)和偏光顯微鏡明了光學(xué)顯微鏡熱臺(tái)和偏光顯微鏡, 初步闡明了其初步闡明了其結(jié)構(gòu)變化結(jié)構(gòu)變化.o1960s，美國杜邦公司，美國杜邦公司(Du Ponts)先后推出了先后推出了PBA (聚苯甲酰胺聚苯甲酰胺)及及Kevelar纖維纖維(PPTA, 聚對(duì)苯二甲酰聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺對(duì)苯二胺)，標(biāo)志了液晶研究的工業(yè)化發(fā)展的開始，標(biāo)志了液晶研究的工業(yè)化發(fā)展的開始Pierre-Gilles de Gennes (1932-The Nobel Prize in Physics 1991 for

4、 discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalized to more complex forms of matter, in particular to liquid crystals and polymers France6.7.3 液晶的化學(xué)結(jié)構(gòu)與分類液晶的化學(xué)結(jié)構(gòu)與分類o不論高分子還是小分子液晶，形成有序流體都不論高分子還是小分子液晶，形成有序流體都必須具備一定條件，從結(jié)構(gòu)上講，稱其為必須具備一定條件，從結(jié)構(gòu)上講，稱其為液晶液晶基元基元o液

5、晶基元包括棒狀液晶基元包括棒狀(條狀條狀)、盤狀或雙親性分子、盤狀或雙親性分子n棒狀棒狀(或條狀或條狀) 長(zhǎng)徑比大于長(zhǎng)徑比大于4n盤狀盤狀 軸比小于軸比小于1/4n雙親性分子雙親性分子 有特殊的相互作用力有特殊的相互作用力CH3OCHNC4H9MBBA C22oN47oI2.5nm0.5nm5CB C18oN36oIC5H11CN2nmRRRRRRR =H2n+1CnCOOH2n+1CnOH2n+1CnOCOOH2n+1CnCOO描述液晶有序性描述液晶有序性序參數(shù)序參數(shù)So液晶分子具有沿某一方向的取向，這個(gè)液晶分子具有沿某一方向的取向，這個(gè)方向一般稱為指向矢方向一般稱為指向矢n213cos12

6、S液晶高分子鏈結(jié)構(gòu)的特征與分類液晶高分子鏈結(jié)構(gòu)的特征與分類N NOCOOCH NCH CHCC SCCDG1) 結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征: S: 剛性核或液晶基元或介晶基元?jiǎng)傂院嘶蛞壕Щ蚪榫Щ?其中常常包含其中常常包含幾個(gè)芳環(huán)幾個(gè)芳環(huán)(對(duì)位取代對(duì)位取代)，彼此間由剛，彼此間由剛性性聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)基團(tuán)基團(tuán)(橋橋)如如聯(lián)結(jié)環(huán)系統(tǒng)還可以是萘基聯(lián)結(jié)環(huán)系統(tǒng)還可以是萘基(naphthyl)、聯(lián)苯、聯(lián)苯(biphenyl)和環(huán)己烷和環(huán)己烷(cyclohexyl)等等 SCCDG：芳環(huán)上的取代基，如：芳環(huán)上的取代基，如 -Cl、-Br、-CH3、-OCH 3、 苯基、苯基、n烷基等。烷基等。液晶基元液晶基元(Meso

7、genic unit)棒狀棒狀(或條狀或條狀): 長(zhǎng)徑比大于長(zhǎng)徑比大于4雙親性分子雙親性分子盤狀盤狀: 軸比小于軸比小于1/4 ：連接單元，把剛性核與柔性鏈段聯(lián)結(jié)起來的單元，：連接單元，把剛性核與柔性鏈段聯(lián)結(jié)起來的單元， 如酯、醚、酰胺、亞胺、氨基甲酸酯、碳酸酯等。如酯、醚、酰胺、亞胺、氨基甲酸酯、碳酸酯等。D ：柔性間隔鏈：柔性間隔鏈(spacers):如亞甲基鏈、硅氧鏈、手性如亞甲基鏈、硅氧鏈、手性 亞胺鏈等。亞胺鏈等。 剛性主鏈液晶高分子中沒有柔性間隔鏈段剛性主鏈液晶高分子中沒有柔性間隔鏈段D.液晶的分類液晶的分類o按液晶基元所在位置分：按液晶基元所在位置分：n主鏈液晶主鏈液晶n側(cè)鏈液晶

8、側(cè)鏈液晶n主側(cè)鏈液晶主側(cè)鏈液晶主鏈液晶高分子主鏈液晶高分子側(cè)鏈液晶高分子側(cè)鏈液晶高分子主鏈液晶高分子主鏈液晶高分子COOOOOCH2m()CnXX: CH3C2H5ClBr;m=1-14聚酰胺類、聚酯類、聚醚類、聚噻唑類、聚噁唑類、聚酰胺類、聚酯類、聚醚類、聚噻唑類、聚噁唑類、聚對(duì)二甲苯類、羥丙基纖維素類聚對(duì)二甲苯類、羥丙基纖維素類交叉型主鏈液晶高分子交叉型主鏈液晶高分子OCH2COO OCOCC2H5OCO()mCOO OOOOOCC2H5正交型正交型SiCH2CH2CH2CH2CH2OCOOCOOCH3OCH3( OSi )nCH3CH3CH3CH3軟盤型軟盤型OROORROOROC (C

9、H2)nCOOn側(cè)鏈型液晶高分子側(cè)鏈型液晶高分子CH2CCH3COOCH2COOOOCH3n()m聚丙烯酸酯類、聚烯烴類、聚二甲基硅氧烷類、聚異氰酸酯類等聚丙烯酸酯類、聚烯烴類、聚二甲基硅氧烷類、聚異氰酸酯類等CHCH2CH2OOCH3nCOOCOH3COOCO主側(cè)鏈液晶高分子主側(cè)鏈液晶高分子CCHO(CH2)6O(CH2)5(CH2)6CH2CNNNCNOOOONn按液晶形成的條件分類按液晶形成的條件分類o溶致液晶：溶致液晶：n液晶物質(zhì)溶于溶劑所得到的液晶液晶物質(zhì)溶于溶劑所得到的液晶n核酸，蛋白質(zhì)，芳族聚酰胺核酸，蛋白質(zhì)，芳族聚酰胺PBT, PPTA (Kevlar) 和聚芳雜環(huán)和聚芳雜環(huán)P

10、BZT, PBOo熱致液晶：熱致液晶：n液晶物質(zhì)加熱熔融形成的液晶液晶物質(zhì)加熱熔融形成的液晶n共聚酯，共聚酯， 聚芳酯聚芳酯Xydar, Vector, Rodrum熱致液晶熱致液晶晶態(tài)晶態(tài)液晶態(tài)液晶態(tài)各向同性液體各向同性液體mTT cTT iTT 晶態(tài)晶態(tài) 各向同性液體各向同性液體mTT 液晶態(tài)液晶態(tài)冷卻冷卻Tcl: clearingTi: isotropic dTT 互變互變 (enantiotropic)熱致液晶熱致液晶單變單變(monotropic)液晶液晶 按微區(qū)中分子排列狀態(tài)分類按微區(qū)中分子排列狀態(tài)分類近晶型近晶型Smectic向列型向列型Nematic膽甾型膽甾型Choleste

11、ric盤型盤型 (Discotic)宏觀液晶中的微區(qū)宏觀液晶中的微區(qū)( (疇疇) )1: 1/2; 2: -1; 3和4: +1; 5: 1/2光學(xué)織構(gòu)光學(xué)織構(gòu)4黑刷子數(shù)目sSCNNSASA膽甾型SESASC反轉(zhuǎn)壁聚酯向列型液晶聚酯向列型液晶的紋影織構(gòu)的紋影織構(gòu) Characterization of liquid crystal polymer液晶的表征液晶的表征液晶的表征液晶的表征Polarized-light microscopy 偏光顯微鏡偏光顯微鏡XRD - X-ray diffraction X射線衍射射線衍射 DSC Differential scanning clarometry示差掃描量熱法示差掃描量熱法液晶的應(yīng)用液晶的應(yīng)用液晶原位增強(qiáng)液晶原位增強(qiáng)液晶紡絲：在低牽伸倍數(shù)下獲得高度取液晶紡絲：在低牽伸倍數(shù)下獲得高度取向、高性能纖維。向、高性能纖維。液晶顯示液晶顯示 LCD- Liquid crystal display液晶的應(yīng)用液晶的應(yīng)用o液晶原位增強(qiáng)聚合液晶原位增強(qiáng)聚合o液晶顯示液晶顯示 LCD- Liquid crystal displayo液晶紡絲：液晶紡絲：n在低牽伸倍數(shù)下獲得高度取向、高性能纖維在低牽伸倍數(shù)下獲得高度取向、高性能纖維溶致液晶溶致液晶PPTA/濃濃H2SO4的粘度的粘度-濃度關(guān)系濃