基于胆甾醇侧链型液晶高分子的合成及其液晶相机理的研究

发布时间：2020-04-20 23:33

【摘要】：胆甾醇侧链型液晶高分子(Chol-SCLCPs)在光电材料、彩色信息记录、生物医药等领域有很广泛的应用,这些应用大部分依赖于Chol-SCLCPs的相行为和相结构。因此,研究Chol-SCLCPs的分子链结构与相态结构之间的关系是个热门的课题。通过大量的文献调研可知,无柔性间隔基Chol-SCLCPs:聚甲基丙烯酸胆甾醇酯形成了稳定的近晶相;而聚丙烯酸胆甾醇酯为无定形聚合物。为了探究其中的机理,首先,通过RAFT聚合的方法合成了不同分子量的两个系列聚合物,研究分子量效应对这两个系列无柔性间隔基Chol-SCLCPs液晶性的影响。第二,将甲基丙烯酸胆甾醇酯和丙烯酸胆甾醇酯分别与丙烯酸甲酯共聚,通过改变两种单体的比例,研究液晶基元密度和分子链的柔性对这两类Chol-SCLCPs液晶性的影响。第三,通过分子设计,合成了三个系列具有不同柔性间隔基长度的聚合物,研究主链结构和柔性间隔基长度对Chol-SCLCPs自组装行为的影响。其具体的研究结果如下:1.通过RAFT聚合的方法,合成两个系列不同分子量的无柔性间隔基Chol-SCLCPs:聚丙烯酸胆甾醇酯(PCholAC_n)和聚甲基丙烯酸胆甾醇酯(PCholMC_n),其中n表示聚合度。GPC测试结果表明,PCholAC_n和PCholMC_n的分子量分别从3.1×10~3 g/mol增加到12.7×10~3 g/mol,从3.7×10~3 g/mol增加到14.5×10~3 g/mol。此外,聚合物的分布宽度在1.1以内。通过DSC、POM和SAXS对PCholAC_n和PCholMC_n的相行为和相结构进行表征,结果表明,聚合物PCholAC_n的液晶性对分子量的依赖性较大。当分子量小于12.7×10~3 g/mol时,PCholAC_n为无定形聚合物;当分子量超过该临界点时,PCholAC_(80)形成了近晶A相。而分子量对PCholMC_n系列聚合物的液晶性影响较小,该系列所有的聚合物都形成了尾链交错的近晶A相(SmA_2)。2.用RAFT聚合的方法,将丙烯酸胆甾醇酯和甲基丙烯酸胆甾醇酯分别与丙烯酸甲酯共聚,得到共聚物PCholAC-co-MA(n:m)和PCholMC-co-MA(n:m),其中n:m分别代表单体(甲基)丙烯酸胆甾醇酯、丙烯酸甲酯的摩尔比。研究结果表明,随着丙烯酸甲酯含量的增加,PCholAC-co-MA(n:m)由无定形共聚物变成能形成近晶A相的液晶共聚物,最后又变成无定形共聚物。而对于PCholMC-co-MA(n:m)而言,该系列共聚物经历了从液晶共聚物到无定形共聚物的变化。可能是丙烯酸甲酯影响了液晶基元之间的密度和整个分子链的柔性,所以随着丙烯酸甲酯含量的变化,这两个系列共聚物的分子排列发生了变化。3.用自由基聚合的方法设计合成了三个系列柔性间隔基亚甲基数为0,2,4,6,8,10的Chol-SCLCPs;它们分别是聚丙烯酸胆甾醇酯(PCholAC-m),聚甲基丙烯酸胆甾醇酯(PCholMC-m)和聚乙烯基对苯二甲酸胆甾醇酯(PCholVA-m),其中m表示柔性间隔基的亚甲基数。研究结果表明,通过改变主链结构和柔性间隔基长度,Chol-SCLCPs出现了有趣的自组装行为,除了PCholAC-0没有形成液晶相,其他聚合物在主链结构和柔性间隔基长度的影响下形成了不同类型的近晶A相。
【图文】：

第 1 章 文献综述晶及液晶的发展史界有气态、液态和固态三种聚集状态，从宏观现象看，气体和液体而固体在时间标尺内不会发生流动，固态物质又可以分为晶态和非晶构的角度上看，气体分子是完全无序的，而理想的晶体分子排列具序性。液体分子的排列介于气体分子和理想晶体分子排列之间，只。非晶态固体的分子排列与液体的分子排列十分相近。而在各向同有序晶体之间存在一种中间态，它既具有液体的流动性，又具有晶各向异性的特征，它就是液晶[1-3]。从微观结构上看，液晶的结构或者二维的远程有序，如图 1-1 所示。

图 1-2 液晶的应用。1.1.2 液晶的分类到目前为止，液晶材料的种类繁多，根据不同的标准，液晶分子分类方法也有很多种[22-25]。如果按分子量的大小来分类，液晶可分为小分子液晶和高分子液晶。按照高分子的链结构特征，又可以分为主链型液晶高分子(Main chain liquidcrystal polymers, MCLCPs)，侧链型液晶高分子(Side chain liquid crystal polymers,SCLCPs) 和主/侧链结合型液晶高分子(Main chain/side chain combined LCPs,MCSCLCPs)，如图 1-3 所示；其中根据液晶基元在侧链中所处位置的不同，SCLCPs 可分为尾接侧链型液晶高分子(end on-SCLCPs)和腰接侧链型液晶高分子(side on-SCLCPs)。而甲壳型液晶高分子(Mesogen-jacketed LCPs，，MJLCPs)也是一种特殊的 SCLCPs[26]。MJLCPs 是液晶基元与高分子主链之间以一个共价键或者很短的柔性间隔基相连的液晶高分子，刚性液晶基元紧密的排列在主链周围，迫使主链呈伸直构象，整个分子链表现出较高的分子链刚性，MJLCPs 在主链和侧基协同作用下形成液晶相。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ317;O753.2

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本文编号：2635088