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基于液晶共聚酯的拉胀高分子材料的设计与合成

李晨光  
【摘要】: 本文从分子设计出发,以设计和合成具有负的泊松比效应的拉胀高 分子材料为目的,通过溶液缩聚的方法,合成了具有下列结构的4个系 列共13个主链含有横向连结棒状分子的液晶共聚酯。 单体的化学结构,通过核磁共振、红外、元素分析和熔点测定进行 了确证。聚合物的化学结构也由核磁共振、红外和凝胶色谱进行了确认。 通过示差扫描量热分析。偏光显微镜,X射线衍射和热重等手段,对聚 合物的液晶性和热性能进行了表征。对横向连结的棒状侧基含量和取代 基大小对聚合物的液晶性和热性能的影响进行了系统的考察,对其结构 与性能的关系进行了细致的讨论,并在此基础上建立了产生NPR效应的 可能的分子模型。 研究发现,所有的13个聚合物加热至各自的熔点以上都能进入液晶 态,在液晶态可观察到清晰的向列型液晶的丝状或纹影织构,并且在剪 切力场作用下能形成条带织构。聚合物的液晶态很容易经降温保持到室 温。聚合物的DSC第一次升温曲线总有两个熔融峰的出现,经确认为不 同结晶完善度的晶粒分别熔融所致;DSC的冷却曲线和第二次加热曲线 大多只有液晶态和液态的相互转变峰。这些特性保证了此类聚合物可方 便地在其高度有序的液晶态进行加工,且为利用液晶场的短程有序来制 备NPR材料提供了光明的前景。 研究还发现了一些结构和性能之间的规律性关系。聚合物的分子量 不高,关键原因在于三元共聚时很难做到严格的等摩尔比,也受溶液缩 聚方法的限制。横向连结的棒状侧基的引人,对聚合物的性能有双重作 用。一方面是横向侧基的空间位阻导致链堆积的规整性减弱,结晶能力 降低;另一方面,主链的苯环含量增加,则增大了主链的刚性,导致聚 合物熔点和清亮点都升高,但液晶态温度范围变窄。随横向侧基含量增 加,聚合物中对热不稳定的酯键含量增加,使其易于在较低温度失重。 随取代基柔性和可极化性的增强,聚合物的液晶态温度范围变宽。 本研究为进行新的分子设计与合成,重点合成具有NPR效应的液晶 高分子材料,提供了可靠的实验依据,为利用向列型液晶场的短程有序 来制备NPR材料奠定了基础。


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