液晶态高分子材料

1、液晶态液晶态 (Liquid Crystal)6.7 液晶态结构液晶态结构 Liquid Crystalo液晶态是物质的一种存在形态液晶态是物质的一种存在形态, 它具有晶体的它具有晶体的光学各向异性光学各向异性, 又具有液体的流动性质又具有液体的流动性质, 又称又称之为介晶态之为介晶态6.7.1 液晶聚合物的结构与性能液晶聚合物的结构与性能o一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后，一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后，表观上虽然变成了具有流动性的液体物质，但表观上虽然变成了具有流动性的液体物质，但结构上仍然保持着晶体结构特有的一维或二维结构上仍然保持着晶体结构特有的一维或二维有序排列，有

2、序排列，形成一种兼有部分晶体和液体性质形成一种兼有部分晶体和液体性质的过渡状态的过渡状态，这种中间状态称为液晶态。其所，这种中间状态称为液晶态。其所处状态的物质称为液晶。处状态的物质称为液晶。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强度、高模量、高流动性有高强度、高模量、高流动性6.7.2 液晶的发展历史液晶的发展历史o1888年年, 奥地利植物学家奥地利植物学家F. Reinitzer观察到胆甾醇观察到胆甾醇酯具有双熔点现象酯具有双熔点现象, 而且从升温和降温到这两个熔而且从升温和降温到这两个熔点之间呈现出不同的光学各向异性点之间呈现出不同的

3、光学各向异性o德国物理学家德国物理学家O. Lehmann对其进行深入研究对其进行深入研究, 并发并发明了光学显微镜热台和偏光显微镜明了光学显微镜热台和偏光显微镜, 初步阐明了其初步阐明了其结构变化结构变化.o1960s，美国杜邦公司，美国杜邦公司(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纤维纤维(PPTA, 聚对苯二甲酰聚对苯二甲酰对苯二胺对苯二胺)，标志了液晶研究的工业化发展的开始，标志了液晶研究的工业化发展的开始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 液晶的化学结构与分类液晶的化学结构与分类o不论高分子还是小分子液晶，形成有序流体都不论高分子还是小分子液晶，形成有序流体都必须具备一定条件，从结构上讲，称其为必须具备一定条件，从结构上讲，称其为液晶液晶基元基元o液

5、晶基元包括棒状液晶基元包括棒状(条状条状)、盘状或双亲性分子、盘状或双亲性分子n棒状棒状(或条状或条状) 长径比大于长径比大于4n盘状盘状 轴比小于轴比小于1/4n双亲性分子双亲性分子 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参数序参数So液晶分子具有沿某一方向的取向，这个液晶分子具有沿某一方向的取向，这个方向一般称为指向矢方向一般称为指向矢n213cos12

6、S液晶高分子链结构的特征与分类液晶高分子链结构的特征与分类N NOCOOCH NCH CHCC SCCDG1) 结构特征结构特征: S: 刚性核或液晶基元或介晶基元刚性核或液晶基元或介晶基元 其中常常包含其中常常包含几个芳环几个芳环(对位取代对位取代)，彼此间由刚，彼此间由刚性性联结联结基团基团(桥桥)如如联结环系统还可以是萘基联结环系统还可以是萘基(naphthyl)、联苯、联苯(biphenyl)和环己烷和环己烷(cyclohexyl)等等 SCCDG：芳环上的取代基，如：芳环上的取代基，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)棒状棒状(或条状或条状): 长径比大于长径比大于4双亲性分子双亲性分子盘状盘状: 轴比小于轴比小于1/4 ：连接单元，把刚性核与柔性链段联结起来的单元，：连接单元，把刚性核与柔性链段联结起来的单元， 如酯、醚、酰胺、亚胺、氨基甲酸酯、碳酸酯等。如酯、醚、酰胺、亚胺、氨基甲酸酯、碳酸酯等。D ：柔性间隔链：柔性间隔链(spacers):如亚甲基链、硅氧链、手性如亚甲基链、硅氧链、手性 亚胺链等。亚胺链等。 刚性主链液晶高分子中没有柔性间隔链段刚性主链液晶高分子中没有柔性间隔链段D.液晶的分类液晶的分类o按液晶基元所在位置分：按液晶基元所在位置分：n主链液晶主链液晶n侧链液晶

8、侧链液晶n主侧链液晶主侧链液晶主链液晶高分子主链液晶高分子侧链液晶高分子侧链液晶高分子主链液晶高分子主链液晶高分子COOOOOCH2m()CnXX: CH3C2H5ClBr;m=1-14聚酰胺类、聚酯类、聚醚类、聚噻唑类、聚噁唑类、聚酰胺类、聚酯类、聚醚类、聚噻唑类、聚噁唑类、聚对二甲苯类、羟丙基纤维素类聚对二甲苯类、羟丙基纤维素类交叉型主链液晶高分子交叉型主链液晶高分子OCH2COO OCOCC2H5OCO()mCOO OOOOOCC2H5正交型正交型SiCH2CH2CH2CH2CH2OCOOCOOCH3OCH3( OSi )nCH3CH3CH3CH3软盘型软盘型OROORROOROC (C

9、H2)nCOOn侧链型液晶高分子侧链型液晶高分子CH2CCH3COOCH2COOOOCH3n()m聚丙烯酸酯类、聚烯烃类、聚二甲基硅氧烷类、聚异氰酸酯类等聚丙烯酸酯类、聚烯烃类、聚二甲基硅氧烷类、聚异氰酸酯类等CHCH2CH2OOCH3nCOOCOH3COOCO主侧链液晶高分子主侧链液晶高分子CCHO(CH2)6O(CH2)5(CH2)6CH2CNNNCNOOOONn按液晶形成的条件分类按液晶形成的条件分类o溶致液晶：溶致液晶：n液晶物质溶于溶剂所得到的液晶液晶物质溶于溶剂所得到的液晶n核酸，蛋白质，芳族聚酰胺核酸，蛋白质，芳族聚酰胺PBT, PPTA (Kevlar) 和聚芳杂环和聚芳杂环P

10、BZT, PBOo热致液晶：热致液晶：n液晶物质加热熔融形成的液晶液晶物质加热熔融形成的液晶n共聚酯，共聚酯， 聚芳酯聚芳酯Xydar, Vector, Rodrum热致液晶热致液晶晶态晶态液晶态液晶态各向同性液体各向同性液体mTT cTT iTT 晶态晶态 各向同性液体各向同性液体mTT 液晶态液晶态冷却冷却Tcl: clearingTi: isotropic dTT 互变互变 (enantiotropic)热致液晶热致液晶单变单变(monotropic)液晶液晶 按微区中分子排列状态分类按微区中分子排列状态分类近晶型近晶型Smectic向列型向列型Nematic胆甾型胆甾型Choleste

11、ric盘型盘型 (Discotic)宏观液晶中的微区宏观液晶中的微区( (畴畴) )1: 1/2; 2: -1; 3和4: +1; 5: 1/2光学织构光学织构4黑刷子数目sSCNNSASA胆甾型SESASC反转壁聚酯向列型液晶聚酯向列型液晶的纹影织构的纹影织构 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 偏光显微镜偏光显微镜XRD - X-ray diffraction X射线衍射射线衍射 DSC Differential scanning clarometry示差扫描量热法示差扫描量热法液晶的应用液晶的应用液晶原位增强液晶原位增强液晶纺丝：在低牵伸倍数下获得高度取液晶纺丝：在低牵伸倍数下获得高度取向、高性能纤维。向、高性能纤维。液晶显示液晶显示 LCD- Liquid crystal display液晶的应用液晶的应用o液晶原位增强聚合液晶原位增强聚合o液晶显示液晶显示 LCD- Liquid crystal displayo液晶纺丝：液晶纺丝：n在低牵伸倍数下获得高度取向、高性能纤维在低牵伸倍数下获得高度取向、高性能纤维溶致液晶溶致液晶PPTA/浓浓H2SO4的粘度的粘度-浓度关系浓