液晶高分子

高分子液晶材料的研究现状及开发前景

一摘要

液晶高分子是指在熔融状态或溶液中具有液晶特性的高分子，即该类高分子在熔融状态或溶液中，一方面，在一定程度上分子呈类似于晶体的有序排列；另一方面，又具有各项同性液体的流动性。能够形成液晶相的高分子通常由刚性部分和柔性部分组成，刚性部分多由芳香和脂肪环状结构构成，在生物高分子中，含有手性基团的螺旋结构也具有刚性体的功能，柔性部分则多由可以自由旋转的d键连接起来的饱和链构成。液晶高分子的制备是将含有刚性结构和柔性结构的单体通过聚合反应连接起来。由于液晶相的形成，使得高分子的性能发生变化，某些性能显著提高，并出现类似于小分子液晶的特殊性能，从而使其具有更为诱人的应用前景，成为一个研究热点。高分子液晶是近十几年迅速兴起的一类新型高分子材料[ 1～5] , 它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能, 作为液晶自增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层, 被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。正是由于其优异的性能和广阔的应用前景, 使得高分子液晶成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。

二国外对液晶高分子材料的研究

1． A series of main-chain liquid-crystalline polymers (LCPs) with pendant sulfonic acid groups have been synthesized by use of biphenyl-4,4-diol, 6,7-dihydroxynaphthalene-2-sulfonic acid, and bis(4-(chlorocarbonyl)phenyl) decanedioate in a one-step esterification reaction. Emeraldine base form of polyaniline (PAN) is doped by the synthesized sulfonic acid-containing LCPs to obtain PAN-LCP ionomers. A series of electrorheological (ER) fluids are prepared using the synthesized PAN-LCP ionomers and silicone oil. The chemical structure, liquid-crystalline behavior, dielectric property of LCPs, and PAN-LCP ionomers, and ER effect of the ER fluids are characterized by use of various experimental techniques. The synthesized sulfonic acid-containing LCPs and PAN-LCP ionomers display nematic mesophase. The PAN-LCP ionomers show a slight elevation of glass transition temperatures and decrease of enthalpy changes of nematic-isotropic phase transition compared with corresponding sulfonic acid-containing LCPs. The relative permittivity of the PAN-LCP ionomers is much higher than that of the corresponding sulfonic acid-containing LCPs. The ER effect of the PAN-LCP ionomer dispersions is better than PAN dispersions, suggesting a synergistic reaction should be occurred among liquid crystalline component, and PAN part under electric fields.

已经合成了一系列的主链液晶聚合物（LCP ）与磺酸侧基通过使用二苯基-4,4 - 二醇，6,7 - 二羟基萘-2 - 磺酸，和双（4 - （氯羰基）苯基）decanedioate 在一个单步酯化反应。翠绿亚胺碱形式的聚苯胺（PAN ）由合成的含磺酸的LCP材料取得的PAN LCP的离子交联聚合物中掺杂。使用合成的PAN - LCP 离子和硅油电流变流体一系列的准备。的化学结构，液晶行为，LCPs的介电

性能，PAN- LCP离聚物，与ER ER流体效果的特点是使用了各种实验技术。合成含磺酸的LCP的和PAN- LCP离聚物显示向列型中间相。的PAN LCP离聚物显示出轻微升高比相应的含磺酸的LCP材料的玻璃化转变温度和降低向列相- 各向同性相转变焓变。PAN - LCP的离子交联聚合物的相对介电常数是远远高于相应的含磺酸的LCP材料。的电流变效应的PAN - LCP的离聚物分散体的优于PAN分散体的，这表明有协同反应应发生在液晶组件，和PAN根据电场的一部分。

这个团队主要对主链液晶材料进行了研究。由于这种奇妙的特性，电流变液可以作为一个电动机械接口，并可以应用在各个领域，如离合器，减震器，发动机架，阀门，阻尼器等。

2.Electrospinning was used to generate polymer nanofibres from blends of poly-vinyl cinnamate (PVCN) and a cholesteric silicone polymer. Only blends that contained at least 40 % of PVCN produced fibres. Both differential scanning calorimetry and electron dispersion spectroscopy data indicate that the samples are miscible over a wide temperature interval. The variation of fibre diameter with concentration is nonlinear with a well-defined minimum corresponding to an 80 % PVCN blend. The fibres are birefringent with Kerr constants similar to that of cholesteric liquid crystals. Although not significant, the Kerr constant increases with increasing silicone polymer concentration.

静电是用来产生从聚肉桂酸乙烯酯（PVCN）和胆甾醇型有机硅聚合物的共混物的聚合物纳米纤维。只有共混物包含至少40％的PVCN生产纤维。这两个差示扫描量热法（DSC）和热电子色散谱数据表明，样品在很宽的温度区间是可混溶的。具有良好定义的相应的最低到的80％PVCN的共混物与浓度的纤维直径的变化是非线性的。该纤维是克尔常数类似的胆甾醇型液晶的双折射。虽然不显着，克尔常数的增加而增加有机硅聚合物浓度。

这个团队主要研究的是胆甾醇型液晶。

三国内对液晶高分子材料的研究

1.在二氯乙酸（DCA）中呈现典型的液晶织构.但酰胺酸含量很高的壳聚糖却观

察不到其液晶织构.在20%以内，溶液均匀，无双折射出现；而当浓度更高时，溶液呈现未溶解均匀的状态. 因而如果有液晶相，也是出现在比最大溶解度更高的浓度上，从而无法观察到. 这一现象也出现在其它天然高分子羧酸中，如羧甲基纤维素，羧甲基甲壳素，羧甲基壳聚糖，羧丁基壳聚糖等. 设想可能是由于大分子羧酸之间发生二缔作用，这种强的分子间相互作用妨碍了分子的取向运动，并增加了分子间距离而不利于分子的紧密堆砌，且无规分布的羧基相互作用使分子间难以对齐，因而临界浓度大为提高.

这个团队主要研究的是甲壳素类液晶。

2.捏合机中制备纤维素在磷酸，多聚磷酸复合溶剂中的液晶溶液。利用显微镜

观察边界层移动，测定凝固速度。研究凝固剂性质、凝固浴温度、溶液中纤维素含量对凝固速度的影响。实验结果表明：凝固剂的分子体积和结构对凝固速度有重要的影响，对于乙醇、正丙醇、异丙醇这3种一元醇其凝固速度随分子体积的