侧链液晶高分子的设计合成与性能调控研究

1、侧链液晶高分子的设计合成与性能调控研究侧链液晶高分子(SCLCPs兼具液晶及高分子的特性,具有广泛的应用前景。 当前的研究主要集中在新分子的设计 , 新液晶相的发现以及新应用的探索。然而,快速响应和使用温度(室温玻璃化转变温度Tg和较宽的液晶温度范围 AT)可调一直是SCLCP材料亟待解决的难题。通过改变主链的结构以及选择适宜 的间隔基是解决上述问题最简单直接的方法。液晶高分子材料所展现的优异性能与分子结构密不可分。 通过可控的分子设 计实现对性能的精准调控,合成具有高度可控结构的SCLCPS成为了具有挑战性 又至关重要的任务。本文针对以上问题,由分子设计出发,基于聚苯乙烯(PS)与聚丁二烯(

2、PB)刚 柔主链结构的设计 ,有效的结合活性阴离子聚合和硅氢加成的方法 ,成功合成了 具有相同胆甾醇基的液晶基元 (Chol-), 而主链柔顺性和间隔基不同的 SCLCPs, 通过合理设计主链结构与接枝率协同作用 , 实现精准可控的分子合成与性能精细 调控研究 :(1) 基于柔顺的主链 , 成功合成了分子量可控窄分布的线形梳状和星形 梳状的聚丁二烯主链的侧链液晶高分子(L/S-PB-SCLCPs),其中包含不同PB主链 微观结构的高1,2-结构聚丁二烯主链的侧链液晶高分子(hvPB-SCLCPs和高 1,4- 结构的聚丁二烯主链的侧链液晶高分子 (lvPB-SCLCPs), 分别具有约 70%

3、和 40%的接枝率,在拓扑结构与接枝率的协同调控下 , 系统地研究了结构与性能的构 效关系。结果说明：hvPB-SCLCPs和lvPB-SCLCPs呈现了本质一致的室温 (rg=12-41 C)双分子层SmA相,并且均具有较宽的 T(85-197 C )。然而,比照hvPB-SCLCP和lvPB-SCLCPs,由于主链微观结构的差异,接枝率 不同,分子有序性和AT呈现了不同的拓扑效应,对于lvPB-SCLCPs,线形梳状结构 具有较宽的AT和较高的分子有序性,相比之下,对于hvPB-SCLCPs星形梳状结构 具有较宽的AT和较高的分子有序性,并且,在POM中丄-hvPB-SCLCPs的大分子聚

4、 集态为梳形,而S-hvPB-SCLCP啲聚集态为球形,构建了拓扑结构与接枝率协同 调控的液晶大分子侧链排布模型。 (2) 基于刚性的主链 ,成功合成了分子量可控窄 分布的线形梳状和星形梳状的聚苯乙烯主链的侧链液晶高分子 (L/S-PS-SCLCPs), 其中包含SiH和Vnyl官能化PS主链的PVPDMS-SCLCfiS PVSt-SCLCPs特定的 引入Si-C和Si-0-Si作为间隔基,均可以实现约为90% 70呀口 40%勺接枝率, 系统地研究了 Si-C和Si-O-Si的差异。结果说明：PVPDMS-SCLCP和PVSt-SCLCPs呈现了本质一致的SmA相,而 PVSt-SCLCP

5、s具有较低的 Tg(22-46 C)和较大的层间距 d-spacing(40.1-52.4 A),当接枝率大于 90%寸,PVPDMS-SCLCPs(122-158C)和 PVSt-SCLCPs(130-151 C )的 T接近相等，随着接枝率降低， T均减小，然 而,PVPDMS-SCLC的 AT先减小后根本保持不变，如144-120-115 C ,相比之 下,PVSt-SCLCPs的 T显著减小,如148-94- C ,CSi-C作为间隔基在一定 程度下能够较好的稳定液晶相，而Si-O-Si作为间隔基具有较好的AT调控作用。 这种现象在POM中也得到了证实,随着接枝率的降低,Si-O-Si

6、沿作为间隔基具 有较好的“去耦作用 , 呈现了较好的偏光性能。此外, 系统地比照了主链的刚柔性对液晶微观结构和性能的影响。 结果说明 ： 柔性主链的PB-SCLCP具有较好的液晶性能，但是当接枝率大于90% 时,PS-SCLCPs也具有较宽的AT和较好的偏光性能。(3) 基于刚柔嵌段共聚物主链 , 成功合成了分子量可控窄分布的线形梳状和星形梳状的丁苯刚柔嵌段共聚物主链的侧链液晶高分子(L/S-PVSt-co-lvPB-SCLCPs), 其中PVSt和IvPB接枝了相同的液晶基元,具有 约为60唏口 40%勺总接枝率,PVSt的接枝率约为100唏口 70%或 40%,实现了双液晶 功能化的液晶嵌段共聚物的合成 , 系统地研究了结构与性能的构效关系 , 结果表 明：拓扑结构对微观结构和性能影响不显著，然而，随着总接枝率的升高,rg和厶T增大，偏光性能变好，并且通过调节主链嵌段比例,PVSt-SCLCPs和 lvPB-SCLCPs 液晶嵌段性能互补。此外，研究了嵌段共聚物的微观相别离，结果说明：在AFM 中,PVSt-co-lvPB呈现了微观相别离特征的海岛形态，而当总接枝率约为6