高聚物液晶结构与性能

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1、1高聚物液晶结构与性能液晶是指某些小分子有机化合物或者某些高聚物在熔融态或者溶液状态下所形成的有序流体的总称。2高聚物的液晶结构是在1950年由埃利奥特（Elliot）和安布罗思（Ambrose）首先提出来的。但在当时，人们对这一发现的重要科学意义和实用价值还没有充分的认识。近年来由于发现芳香尼龙在某些溶剂中能形成向列型液晶，特别是通过液晶纺丝，获得了高模量、高强度的合成纤维，极大地引起了人们的兴趣和注意。3液晶态介于完全有序晶体和各相同性之间的一种中间态。处于液晶态的物质既具有液体的易流动性，又具有晶体的双折射等光学各相异性，其分子排列具有一维或者三维的远程有序。4一、高分

2、子液晶的分子结构（1）、分子链必须是相当刚性或者是半刚性的，在溶液中分子链近乎呈棒状；（2）、分子链大多有苯环，而且要是对位相连，同时分子中要含有极性基团具有可极化性，以形成永久偶极；（3）、对于形成胆甾型的液晶，除了上述两点外，还必须具有光学活性因素。5二、高分子液晶的结构类型高分子液晶态按其液晶原所处的位置不同，可以分为两大类：一类是主链由液晶原和柔性的链节相间组成，称为主链液晶；另一类分子主链是柔性的，刚性的液晶原连接在侧链上，称为侧链液晶。6此外，人们为了方便称呼，把溶解在溶剂中显示其液晶特性的液晶称为溶致性液晶；把在熔融状态下呈现其液晶特性的液晶称为熔致性液晶。7根

3、据分子排列的形式和有序性的不同，液晶有三种不同的结构类型：1、近晶型(Semectic)这种液晶的结构中，分子链呈棒状，分子链之间以层片状排列，这些层片不是严格刚性的，而是形成柔性的二维分子的薄片，分子只能在本层内活动，而不能来往于各层之间。这种结构决定了其粘度呈现各向异性的可能性。89这类液晶的高分子液晶还没有发现，目前还在探索之中。低分子化合物如：C2H5O———C—OC3H7‖O4—乙氧基联苯—4`—甲酸正丙酯102、向列型（Nematic）分子链呈棒状互相平行排列，但它们的重心排列则是无序的，只保持着固体的一维有序性，分子在长轴方向发生连续变化。在外力作用下，这些棒状

4、分子容易沿流动方向取向，并可在流动取向中互相穿越，具有相当大的流动性。1112这类高分子液晶如：（1），聚对苯甲酰胺的二甲基乙酰胺—LiCL溶液。（2），聚对苯二甲酰对苯二胺的浓硫酸溶液。133、胆甾型（Cholesteric）胆甾型液晶的分子是依靠端基的相互作用彼此平行排列成层状结构，但它们的长轴是在层片平面上的。层内分子的排列与向列型相似，而相邻两层之间，分子长轴的取向，由于伸出层片外的光学活性基团的作用，依次规则地扭转一定的角度，层层累加成螺旋结构。分子的长轴方向在旋转360o角之后复原。1415这类的高分子液晶如：—(NH—CH—C—O—)n

5、‖RO聚——苄酯—L—

6、谷氨酸的甲酚溶液16—CH2—CH2—C—O—CH2—‖R:O—CH2—CH2—C—O—CH2—Alky‖O17三、液晶的制备（一）溶致主链型聚合物液晶的合成1、芳香族聚酰胺（aromaticpolyamides)溶致主链型聚合物液晶大多是由聚芳香酰胺形成的。如：聚对苯甲酰胺就是利用胺和酰氯的缩和反应制备出来的。其合成的路线如下：18SOCl2H2N—Ar—COOH—O=N—Ar—COCl2HClO=S—N—Ar—COClHClNH2—Ar—COClHClNH2—Ar—COCl—NH—Ar—CO—n19其中，最后一步聚合反应是通过将单体的盐酸盐溶解在酰胺类溶剂中实现的，得到的

7、聚合物分子量适中。而酰胺类溶剂可以是N—甲基吡咯烷酮（NMP)等。为了提高溶剂的溶解能力，通常还要加入助溶剂CaCl2，室温下，CaCl2在NMP中的溶解度6wt%，为了获得好的结果，CaCl2的加入量要大于这一数值，因为最先形成的聚酰胺能够提高CaCl2的溶解度。20另一个比较有代表性的芳香族聚酰胺是聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA），它的合成以可以按上述路线进行，具体过程为：首先将所需数量的CaCl2加入到干燥的N—甲基吡咯烷酮(NMP)中，制备成淤浆；然后在80oC的条件下将对苯二胺（PPO）溶解于上述淤浆中，也可以直接将熔融态的对苯二胺加入而不必另外加热；将上述聚合物再

8、冷却到0oC，然后将片状或者熔融态的对苯甲酰氯迅21速加入到快速搅拌的PPD-NMP-CaCl2淤浆中，反应体系的粘度会很快上升到很高的数值；继续用力搅拌，随着聚合物变成碎片状，力矩下降；继续搅拌10分钟后倒入过量的水中，洗去NMP,HCl和CaCl2，为了吸收产生的HCl，可以在水中加入一定量的Ca(OH)2，得到的PPTA的分子量可以通过两种单体的摩尔比来控制，或者让反应体系中有少量的水来控制。222、引跺类聚合物液晶的合成：吲哚类聚合物都具有梯形结构，这种结构的聚合物多用于制备耐热材料，较少用来制