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新型液晶分子的结构设计及其材料应用研究

林宇腾  
【摘要】:本文介绍了多种新型的液晶分子如液晶二聚体、树枝状液晶高分子和超支化液晶高分子的合成,讨论不同种类的液晶分子的结构-性能关系,并且提出了将这些新颖的液晶分子转化为结构材料的新方法。 以不同的柔性间隔基(亚甲基链,亚甲基个数n=4,5,6,7)和不同的介晶基元(M1、M2、M3)为构筑单元,合成了12种(三个系列)具有近晶相液晶形态的对称性线形棒状液晶二聚体M1-n、M2-n和M3-n,并研究了其结构-性能关系。与奇数间隔基型液晶二聚体相比,偶数间隔基型液晶二聚体的相转变温度和近晶层间距总是较高或较大,且高长径比的介晶基元对液晶相具有稳定化的作用。通过硅氢化交联法,液晶二聚体可用于制备高交联密度的热固性材料,这种材料表现出“硬而强”性质。 以不同的树枝状核心(聚酰亚胺DAB、聚酰胺-胺PAMAM)和不同的介晶基元(M1、M2)为结构单元,合成了两个系列共四种席夫碱型树枝状液晶高分子M1-DAB、M2-DAB、M1-PAMAM和M2-PAMAM,研究表明,树枝状核心刚性越大,越不利于液晶相的形成;介晶基元长径比越大,所形成的液晶相越稳定。 以全新的树枝状多醇为核心,合成了两种乙烯基封端树枝状液晶高分子G1-(MU)4和G2-(MU)8,两者都能形成近晶相,证明了在没有“促进基团”的驱动力作用存在的情况下,树枝状分子也能够形成液晶相。通过G1-(MU)4或G2-(MU)s与硅烷的硅氢交联反应,制备了热固性的液晶弹性体G1-TDS和G2-TDS,研究表明弹性体的交联网络中存在层状的分子排列结构,而且弹性体表现出优异的弹性和强度。 以碳纳米管为骨架,在其表面依次进行超支化聚缩水甘油醚包覆和介晶基元接枝,得到介晶基元功能化的碳纳米管CNT-HPG-LC。再以树枝状液晶高分子G2-(MU)8为基体,CNT-HPG-LC为添加剂,制备了原位交联的树枝状液晶/碳纳米管复合弹性体材料。研究表明,这种复合材料具有较大的层状有序结构(层间距达到155A),且其杨氏模量大幅度提高。 合成了新型种类的液晶环氧——液晶环氧二聚体(Dimer-EP-1和Dimer-EP-2)和超支化液晶环氧(HPG-LCER)。两种液晶环氧二聚体都表现近晶C相,且高长径比的Dimer-EP-2具有极宽的近晶相温度区间。非等温固化动力学表明,两种液晶环氧二聚体对胺类固化剂具有较高的反应活性。超支化液晶环氧HPG-LCER表现出室温下稳定存在的向列相,且是一种能够“自固化”的超支化液晶环氧树脂。


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