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《燕山大学》 2011年
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含共轭液晶基元的甲壳型液晶聚合物的设计合成与性能研究

张振琳  
【摘要】:本博士学位论文的主要工作是设计合成了一系列侧基具有π-电子共轭结构液晶基元的新型甲壳型液晶高分子体系。同时研究了单体和聚合物的液晶相行为,并在此基础上研究了单体和聚合物薄膜的双折射性质和分子结构的关系,并对单体及聚合物的光电性质进行了初步探索。论文主要包括以下四个方面的内容: 设计并合成了侧基具有共轭结构的噻吩、二乙炔基的苯乙烯型单体(2,5-双(2-丁炔基-5-丙基噻吩)苯乙烯)VTCn(n = 2, 3, 4, 6, 8)和含二苯乙炔的苯乙烯型单体(2,5-双(对甲基苯乙炔基)苯乙烯)VBC1。通过核磁、质谱、元素分析对所合成单体的结构进行了详细的表征,结果证实所得化合物与目标单体完全一致。对该类化合物单体进行了热分析实验以及偏光显微镜(Polarized Light Microscopy PLM)研究,对于VTCn系列,发现该系列单体的液晶相态会受到烷基尾链长短的影响,当烷基尾链增长到一定长度时,小分子由双向型向列相液晶转变为单向型向列相液晶。单体VBC1是单向型向列相液晶。以VTC3为代表,通过普通自由基聚合得到了甲壳型聚合物。 设计并合成了侧基具有共轭的二苯乙炔、萘环液晶基元的(甲基)丙烯酸酯型甲壳型单体,2,5-双(对烷氧基苯乙炔基)甲基丙烯酸苄酯MACn (n = 1, 4, 6, 8, 10, 12)、2,5-双(2-(6?-癸氧基萘基)甲基丙烯酸苄酯MANC10和2,5-双(对癸氧基苯乙炔基)丙烯酸苄酯AC10。通过核磁、质谱、元素分析的表征,表明所得单体和目标结构完全一致。将设计合成的一系列单体进行了热分析实验以及偏光显微镜实验的研究,结果表明所有单体都是向列相液晶,但烷基尾链的长度对液晶行为有比较大的影响。对于系列单体MACn (n = 1, 4, 6, 8, 10, 12),除MAC1外是单向向列相液晶外,其它单体呈现出热致双向型液晶行为。 将系列单体MACn (n = 1, 4, 6, 8, 10, 12)通过普通自由基溶液聚合得到侧基具有π-电子共轭液晶基元的甲壳型液晶聚合物。凝胶渗透色谱(GPC)、核磁、红外及拉曼光谱分析表明单体已成功聚合。通过在主链与液晶基元之间引入较短的间隔基,成功解决了单体的聚合问题。采用热失重(TGA)、示差扫描量热(DSC)分析了(甲基)丙烯酸酯类聚合物的热性能,包括相转变和热稳定性。利用PLM研究了聚合物的织构,发现所有聚合物在一定温度下都有双折射现象,且降温时还能保持不消失。同时采用广角X射线衍射实验详细研究了聚合物的液晶相态。结果发现,聚合物液晶相态受侧链液晶基元的烷基尾链的长度影响:在PMACn(n = 1, 4, 6, 8, 10, 12)系列聚合物中,当尾链碳数小于等于4的时候(n = 1, 4),聚合物的液晶相态为柱状向列相;而当尾链碳数大于等于6的时候(n = 6, 8, 10, 12),柔性烷基尾链的作用就不可忽视,聚合物发育出近晶A相。聚合物PMANC10在侧链中引入萘环后,由于液晶基元更加刚硬,且液晶基元长度进一步增大,更有助于近晶A相的形成。主链为丙烯酸的PAC10形成的也是近晶A相。 采用阿贝折射仪对所合成的单体的双折射性质进行了测试。结果表明单体具有较高的双折射值(Δn),这与最初分子设计的目的非常吻合。对聚合物PMAC4和PMAC8薄膜样品利用棱镜耦合器进行聚合物膜的双折射性质的研究,发现此类聚合物膜的正双折射值较高,从分子结构上也证明了本组的甲壳型液晶高分子在制备高的正双折射相位补偿膜上具有很大的优势。荧光测试表明单体MACn在氯仿溶液中发蓝光,荧光量子产率在89.0-96.2%之间,有优异的发光性能。电致发光测试结果表明,结构为ITO/PEDOT:PSS/PMAC1/TPBI(16 nm)/LiF(1 nm)/Al(100 nm)的器件的具有电致发光性能,启动电压较低,发蓝光。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O631.3

【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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