含薄荷基新型液晶單體及彈性體的合成、結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、手性液晶材料是目前液晶研究領(lǐng)域的熱點之一，因其獨特的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)而日益受到廣泛重視。這類液晶材料的分子因手性中心的存在而形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋結(jié)構(gòu)的存在使其具有一般液晶高分子所不具有的光學(xué)性質(zhì)，其液晶類型一般為膽甾相或近晶相。目前直接以薄荷醇為手性中心合成的液晶化合物，尚未見國內(nèi)外報道。本論文主要是合成與研究含薄荷基的手性液晶單體及彈性體的結(jié)構(gòu)與性能。
　　 本論文設(shè)計并合成了五種含薄荷基手性液晶單體和三種液晶交聯(lián)劑，手性液晶單體

2、分別為4-孟氧基乙酸-4'-十一烯酸對聯(lián)苯酚雙酯(M1)、4-孟氧基乙酸-4'-十一烯酰氧基苯甲酸對聯(lián)苯酚雙酯(M2)、4-孟氧基乙酰氧基苯甲酸-4'-十一烯酸對聯(lián)苯酚雙酯(M3)、4-孟氧基乙酰氧基苯甲酸-4'-十一烯酰氧基苯甲酸對苯二酚雙酯(M4)、4-孟氧基乙酰氧基苯甲酸-4'-十一烯酰氧基苯甲酸對聯(lián)苯酚雙酯(M5)；液晶交聯(lián)劑分別為4-烯丙氧基苯甲酸-4'-十一烯酸對苯二酚雙酯(N1)、4-烯丙氧基苯甲酸-4'-十一烯酸對聯(lián)苯酚

3、雙酯(N2)與4-烯丙氧基-4'-十一烯酰氧基苯甲酸對聯(lián)苯酚酯(N3)。然后分別將手性單體與PMHS通過自由基聚合制備了均聚物P1系列；再將M3與N1、M5與N2分別與PMHS共聚，制得了手性液晶彈性體P2系列和P3系列。所合成單體、交聯(lián)劑及彈性體的結(jié)構(gòu)通過了紅外光譜儀(FT-IR)和核磁共振儀(1H-NMR)的表征，液晶性能通過了偏光顯微鏡(POM)、差示掃描量熱儀(DSC)和熱失重分析儀(TGA)的分析，其旋光性通過了旋光分析儀的表

4、征，討論了分子結(jié)構(gòu)及手性中心對單體的旋光性、相轉(zhuǎn)變溫度、相變類型及液晶織構(gòu)的影響以及交聯(lián)劑含量對彈性體的相行為的影響。所合成的手性液晶單體、交聯(lián)劑及彈性體均未見國內(nèi)外報道，其結(jié)構(gòu)均符合分子設(shè)計。
　　 研究結(jié)果表明，手性單體M1～Ms均為左旋化合物，其比旋光度絕對值隨化合物剛性的增加而降低，而對于液晶剛性大小接近的單體，其比旋光度絕對值變化很小。除單體M1外，M2～M5均為熱致互變液晶化合物，升降溫過程均出現(xiàn)手性近晶C(SC*)

5、相和膽甾相的轉(zhuǎn)變，呈現(xiàn)SC*相的破碎扇形織構(gòu)及膽甾相的油絲織構(gòu)和焦錐織構(gòu)；M2～M5樣品在SC*相區(qū)升溫反射波長發(fā)生“紅移”，而在膽甾相區(qū)升溫反射波長發(fā)生“藍移”。交聯(lián)劑N1～N3在升降溫過程中均呈現(xiàn)典型的向列相紋影織構(gòu)和絲狀織構(gòu)。此外，N2在降溫過程中還呈現(xiàn)近晶A(SA)相的扇形織構(gòu)、近晶C(SC)相的破碎扇形織構(gòu)和近晶B(SB)相的馬賽克織構(gòu)；交聯(lián)劑N3在降溫過程中還呈現(xiàn)SA的扇形織構(gòu)。對于手性單體與交聯(lián)劑，但隨著液晶核剛性(芳香環(huán)

6、數(shù)目)的增加，對應(yīng)單體的熔點(Tm)與清亮點(Ti)升高，且Ti升高的幅度要大于Tm的增加幅度。對比M2和M3，N2和N3它們是由完全相同的原料合成，即分子量相同，其中M2和M3相變溫度略有差異，而相變類型和液晶織構(gòu)不變；N2和N3雖然相變溫度差異也不大，但相變類型和液晶織構(gòu)均出現(xiàn)較大的變化。
　　 均聚物P1-1～P1-5均為非晶液晶高分子，呈現(xiàn)膽甾相的Grand-jean織構(gòu)，該系列的玻璃化溫度(Tg)和Ti的變化趨勢與對應(yīng)

7、單體的趨勢相同。盡管單體M1沒有液晶性能，但對應(yīng)的均聚物P1-1卻呈現(xiàn)了液晶性能。液晶彈性體P2系列和P3系列呈現(xiàn)彩色的Grand-jean織構(gòu)。隨著液晶交聯(lián)劑含量的增加，這兩個系列彈性體的Tg均呈現(xiàn)上升趨勢，P2系列的Ti呈現(xiàn)下降趨勢。對于P2系列彈性體，當(dāng)交聯(lián)劑N1的含量從4mol％增加到20mol％時，對應(yīng)的Tg從27.2℃增加到33.4℃，而Ti則從141.7℃降低到131.4℃。所合成的均聚物和彈性體熱分解溫度均在340℃以上