含薄荷基新型液晶單體及彈性體的合成、結構與性能研究.pdf

1、手性液晶材料是目前液晶研究領域的熱點之一，因其獨特的光學、電學性質(zhì)而日益受到廣泛重視。這類液晶材料的分子因手性中心的存在而形成螺旋結構，螺旋結構的存在使其具有一般液晶高分子所不具有的光學性質(zhì)，其液晶類型一般為膽甾相或近晶相。目前直接以薄荷醇為手性中心合成的液晶化合物，尚未見國內(nèi)外報道。本論文主要是合成與研究含薄荷基的手性液晶單體及彈性體的結構與性能。
　　 本論文設計并合成了五種含薄荷基手性液晶單體和三種液晶交聯(lián)劑，手性液晶單體

2、分別為4-孟氧基乙酸-4'-十一烯酸對聯(lián)苯酚雙酯(M1)、4-孟氧基乙酸-4'-十一烯酰氧基苯甲酸對聯(lián)苯酚雙酯(M2)、4-孟氧基乙酰氧基苯甲酸-4'-十一烯酸對聯(lián)苯酚雙酯(M3)、4-孟氧基乙酰氧基苯甲酸-4'-十一烯酰氧基苯甲酸對苯二酚雙酯(M4)、4-孟氧基乙酰氧基苯甲酸-4'-十一烯酰氧基苯甲酸對聯(lián)苯酚雙酯(M5)；液晶交聯(lián)劑分別為4-烯丙氧基苯甲酸-4'-十一烯酸對苯二酚雙酯(N1)、4-烯丙氧基苯甲酸-4'-十一烯酸對聯(lián)苯酚

3、雙酯(N2)與4-烯丙氧基-4'-十一烯酰氧基苯甲酸對聯(lián)苯酚酯(N3)。然后分別將手性單體與PMHS通過自由基聚合制備了均聚物P1系列；再將M3與N1、M5與N2分別與PMHS共聚，制得了手性液晶彈性體P2系列和P3系列。所合成單體、交聯(lián)劑及彈性體的結構通過了紅外光譜儀(FT-IR)和核磁共振儀(1H-NMR)的表征，液晶性能通過了偏光顯微鏡(POM)、差示掃描量熱儀(DSC)和熱失重分析儀(TGA)的分析，其旋光性通過了旋光分析儀的表

4、征，討論了分子結構及手性中心對單體的旋光性、相轉變溫度、相變類型及液晶織構的影響以及交聯(lián)劑含量對彈性體的相行為的影響。所合成的手性液晶單體、交聯(lián)劑及彈性體均未見國內(nèi)外報道，其結構均符合分子設計。
　　 研究結果表明，手性單體M1～Ms均為左旋化合物，其比旋光度絕對值隨化合物剛性的增加而降低，而對于液晶剛性大小接近的單體，其比旋光度絕對值變化很小。除單體M1外，M2～M5均為熱致互變液晶化合物，升降溫過程均出現(xiàn)手性近晶C(SC*)

5、相和膽甾相的轉變，呈現(xiàn)SC*相的破碎扇形織構及膽甾相的油絲織構和焦錐織構；M2～M5樣品在SC*相區(qū)升溫反射波長發(fā)生“紅移”，而在膽甾相區(qū)升溫反射波長發(fā)生“藍移”。交聯(lián)劑N1～N3在升降溫過程中均呈現(xiàn)典型的向列相紋影織構和絲狀織構。此外，N2在降溫過程中還呈現(xiàn)近晶A(SA)相的扇形織構、近晶C(SC)相的破碎扇形織構和近晶B(SB)相的馬賽克織構；交聯(lián)劑N3在降溫過程中還呈現(xiàn)SA的扇形織構。對于手性單體與交聯(lián)劑，但隨著液晶核剛性(芳香環(huán)

6、數(shù)目)的增加，對應單體的熔點(Tm)與清亮點(Ti)升高，且Ti升高的幅度要大于Tm的增加幅度。對比M2和M3，N2和N3它們是由完全相同的原料合成，即分子量相同，其中M2和M3相變溫度略有差異，而相變類型和液晶織構不變；N2和N3雖然相變溫度差異也不大，但相變類型和液晶織構均出現(xiàn)較大的變化。
　　 均聚物P1-1～P1-5均為非晶液晶高分子，呈現(xiàn)膽甾相的Grand-jean織構，該系列的玻璃化溫度(Tg)和Ti的變化趨勢與對應

7、單體的趨勢相同。盡管單體M1沒有液晶性能，但對應的均聚物P1-1卻呈現(xiàn)了液晶性能。液晶彈性體P2系列和P3系列呈現(xiàn)彩色的Grand-jean織構。隨著液晶交聯(lián)劑含量的增加，這兩個系列彈性體的Tg均呈現(xiàn)上升趨勢，P2系列的Ti呈現(xiàn)下降趨勢。對于P2系列彈性體，當交聯(lián)劑N1的含量從4mol％增加到20mol％時，對應的Tg從27.2℃增加到33.4℃，而Ti則從141.7℃降低到131.4℃。所合成的均聚物和彈性體熱分解溫度均在340℃以上