红外光谱在液晶聚合物材料中的应用

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1、红外光谱在液晶聚合物材料中的应用　　摘要红外光谱以其对分子结构的高分辨本领和实时跟踪能力在液晶聚合物的研究中显得尤为重要，加上近年来偏振二项色技术、时间分辨步扫描技术等技术的发展，进一步提高了红外光谱的分辨率，对于液晶聚合物的分子结构、相转变、基团取向等机理的研究也使人们对于液晶有了更为深刻的理解。介绍了红外光谱对液晶聚合物材料表征的研究进展，特别是对于液晶聚合物的相转变行为、液晶聚合物体系中的氢键组成以及液晶共聚物和共混物的相容性等的研究，分别作了具体应用实例分析。　　关键字红外光谱液晶聚合物相转变共聚物与共混物

2、氢键一、背景介绍1、红外光谱技术简介　　红外光谱是一种吸收光谱，它的能量远远小于紫外光和可见光的辐射能量，只能激发分子内原子核之间的振动和转动能级之间的跃迁。红外光的波数可分为近红外区、中红外区和远红外区。其中最常用的是中红外区，大多数化合物的化学键振动能级的跃迁发生在这一区域[1]。红外光谱具有高度的特征性，不但可以用来研究分子的结构和化学键，如力常数的测定等，而且广泛地用于表征和鉴别各种化学物种。　　基团吸收带的位置决定分子能级的分布，它是定性的依据。吸收谱带的强度与跃迁概率有关，又与基团在样品中的含量有关，所

3、以它具有定性、定量依据的两重性。偏振方向与跃迁偶极方向有关，可以用它来决定基团排列的方向和位置。所以红外光谱不仅可以侧高聚物的结构，还可以测定它的结晶度，判断它的立体构型。利用红外偏振光还可测高分子键的取向度。2、液晶聚合物简介　　所谓液晶指的是这样一类物质,它在受热熔融或溶剂溶解后,虽然失去固态物质的刚性,获得液态物质的流动性,但仍然部分保持着晶态物质分子的有序排列,从而在物理性质上呈现各向异性,形成一种兼有晶体和液体部分性质的过渡态,称为液晶态[2]。它是一种新型的高分子材料，是在一定条件下以液晶相态存在的高聚

4、物。与其他聚合物相比，它拥有液晶相所特有的分子取向序和位置序；与小分子液晶相比，它又有高分子量的特性，这导致这类材料具有优异各向异性以及良好的的耐热性能和成型加工性能。　　-1-　　液晶又可分为溶致液晶聚合物和热致液晶聚合物。前者在溶剂中呈液晶态，后者因温度变化而呈液晶态。热致液晶聚合物是继溶致液晶聚合物之后兴起的，其综合性能优异，而且能够进行注塑、挤出成型加工。液晶聚合物分子的分之主链刚硬，分子之间堆砌紧密，且在成型过程中高度取向，所以具有线膨胀系数小，成型收缩率低和非常突出的强度和弹性模量以及优良的耐热性，具有

5、较高的负荷变形温度，有些可高达340℃以上。LCP还具有耐化学药品和气密性优良，此外，有些液晶聚合物具有某些特殊的功能，如光导液晶聚合物、功能性液晶高分子分离膜及生物性液晶高分子等。一般热致性液晶聚合物具有较好派的流动性，易加工成型。其成型产品具有液晶聚合物特有的皮芯结构，树脂本身具有纤维性质，在熔融状态下有高度的取向，故可起到纤维增强的效果。这也是液晶聚合物最引人注目的特点。　　近年来对液晶聚合物的研究日益深入，因为其具有高强度、高刚性、耐高温、电绝缘性良好等特性，因此广泛应用于电子电气、光导纤维、汽车宇航、超分

6、子组装、平板显示、以及纳米材料模板合成等领域。二、红外光谱在液晶聚合物中的应用　　较常用于表征液晶聚合物的方法有示差扫描量热分析(DSC)、偏光显微镜、Ｘ射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、核磁共振波谱(NMR)、小角中子散射(SANS)等，这些均被用于液晶相的形成和微观结构的改变的机理的研究。其中，DSC能准确提供样品在变温环境中的相行为，如玻璃化转变温度及各种相转变温度与对应的热力学参数的。POM使用方便，能给出有关相变、液晶态的织构、分子的取向以及液晶体的光性，如光轴的个数、光性的正负、双折射的大小等信息。

7、Ｘ射线技术对确定液晶态的种类，特别是对于各种近晶型液晶态的鉴别以及对于分子取向和有序程度的研究最为有效。不过，上述方法无法提供分子间相互作用和有关分子链构象变化的信息。利用FT-IR进行研究，则能够获得分子间相互作用的信息，除此之外，还可用于研究分子内和分子间氢键、液晶相的发育机理、共混物和共聚物的相容性以及外场作用下的液晶取向等。1、IR用于研究液晶聚合物的相转变行为　　IR是研究液晶聚合物相转变行为的重要表征方法。液晶聚合物的相转变是内部液晶基元取向改变的结果，因而对于相转变行为的研究常需要从基本的结构单　　-

8、2-　　元入手。IR恰好提供了研究基本结构单元基团振动的手段，因而近年来将IR引入液晶聚合物相转变的研究越来越引起研究人员的关注。　　甲壳型液晶聚合物是周其凤教授在1987年首先提出并研究的一类具有刚性链性质的侧链型液晶聚合物[3]。区别于其他类型的侧链型液晶合物,其液晶基元和主链间的间隔基很短或以共价键直接相连。独特的连接方式使得大体积且高密度的侧基与主链