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刚棒—线团液晶低聚物的合成及其自组装性质的研究

钟克利  
【摘要】:本论文设计合成了刚棒嵌段含蒽的n型,含联苯的线型,含芘的V型三个系列的刚棒-线团液晶低聚物,研究这些分子在固态、液晶态和溶液中自组装的行为,通过改变柔性链的形状、体积、横截面积以及刚棒的形状等因素,探讨结构上微小变化对自组装结构产生的影响,从而找出分子结构或形状与自组装聚集体结构之间的内在规律。 对于刚棒嵌段含蒽的n型刚棒-线团液晶低聚物,合成了四类由n型刚棒、烷基链和聚环氧乙烷链组成的n型分子,从改变刚棒中心疏水烷基链长度,改变刚棒末端烷氧基链长度,改变刚棒末端烷氧基链横截面积以及柔性链全是烷基时等四个方面对n型刚棒-线团液晶低聚物自组装结构的影响进行了研究。研究表明:(1)随着刚棒中心疏水链长度的增加,这些分子在液晶相的自组装结构从六方柱状转变到矩形柱状结构,在水中可以形成直径依次增大的纳米纤维结构;(2)改变刚棒末端烷氧基链长度,随着烷氧基链长度的增加,先形成倾斜柱状结构,然后转变成各向同性的液体;(3)改变烷氧基链的横截面积,随着横截面积的增大,分子室温下不能自组装,在水溶液中形成直径减小的棒状胶束,而且容易聚集;(4)柔性链是十八烷基的n型分子在固态形成层状结构,没有形成液晶相。 对于刚棒嵌段含联苯的线型刚棒-线团液晶低聚物,合成了两类由多个联苯作为刚棒、聚环氧乙烷或聚环氧丙烷作为柔性链的线型分子,探讨了刚棒中心侧链长度对分子自组装结构产生的影响,以及刚棒中心是活性基团的自组装性质。研究表明:(1)刚棒嵌段中心引入较长的侧链将会破坏刚棒之间的π-π堆积作用力,从而使分子的自组装结构向无序化转变;(2)刚棒中心连有乙烯基的分子,在液晶相自组装后经过光照交联聚合,所得到的聚合物能保持液晶相的结构,即使温度降到室温也不再变化。 对于刚棒嵌段含芘的V型刚棒-线团液晶低聚物,合成了一类以芘为刚棒中心,柔性链体积分数相同,横截面积不同的分子,探讨了刚棒形状(V型和线型)以及柔性链横截面积对分子自组装产生的影响。研究发现横截面积大的树枝链明显破坏刚棒的自组装,刚棒是线型的分子在液晶相都易形成向列相,而Ⅴ型分子则不易形成液晶相。


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