甲壳型液晶高分子研究进展

介绍了近年在甲壳型液晶高分子的设计、合成、表征以及结构与性能关系探索方面的进展,对今后的研究方向提出了粗浅的看法。     

甲壳型液晶高分子的构筑、自组装及其功能化

甲壳型液晶高分子的发展很大程度上依赖于聚合物自组装的发展,而各种可设计、可预测、可调控的自组装策略的涌现,将甲壳型液晶高分子研究推向前所未有的高度,同时也极大地丰富了高分子化学与物理的内容,提升了研究水准.研究表明,侧链"甲壳效应"在调控甲壳型液晶高分子有序结构等方面有着重要作用.本综述从甲壳型液晶高分子设计合成、液晶相态调控、嵌段共聚物自组装和功能化应用等方面,总结和评述了近年来该领域国内的最新研究进展.最后,本综述总结了甲壳型液晶高分子在发展中所面临的主要问题,并对其发展趋势进行了展望.     

侧基甲壳效应和甲壳型液晶高分子

侧链液晶高分子体系里,液晶基元可以通过尾接或腰接的方式与主链相连.一般认为,在液晶基元与主链间插入一段长度合适的＂柔性间隔基＂可有效实现主、侧链间的动力学去偶合,从而有利于侧基液晶基元之间的有序排列.作为一类特殊的腰接型侧链液晶高分子,甲壳型液晶高分子中体积较大的侧基（如棒状液晶基元）通过非常短的间隔基或仅通过一个碳-碳键直接横挂至主链上,这导致了强烈的甲壳效应,使得主链被迫伸展.因此,可从与＂柔性间隔基＂完全不同的角度出发,充分利用主链和侧基间的偶合作用,设计甲壳型液晶高分子.本文综述了腰接型侧链液晶高分子中的侧基甲壳效应、甲壳型液晶高分子中由主链与侧基相互作用所导致的特殊构象以及液晶相结构.研究表明,侧基甲壳效应在调控甲壳型液晶高分子的形状、尺寸以及螺旋结构等方面有重要作用.甲壳型液晶高分子可作为刚-柔嵌段共聚物的刚性链段,也可作为主/侧链结合型液晶高分子的主链部分参与到多层次分级超分子有序结构的构筑之中.     

刚性链侧链型液晶高分子（甲壳型液晶高分子）研究进展

普通的侧链型液晶高分子属柔性链高分子,而“甲壳型液晶高分子”虽从化学结构着属于侧链型液晶高分子,其性质却和典型的眩链型液晶高分子相似,具有很大的分子链刚性。本文介绍了“甲型液晶高分子”这一科学概念及其研究进展,并对尚待解决的问题进行了探讨。     

嵌段液晶高分子的合成进展

综述了近几年嵌段液晶共聚物在合成方面取得的新进展，主要包括活性聚合、液晶（或非液晶、低聚物与非液晶（或液晶）聚全物的单体反应、液晶低聚物与非液晶低降物直接反应和先制备非液晶嵌段共聚物再于侧链引入液晶基元四个方面。同时还简要地介绍了嵌段液晶共聚物的结构、性能以及今后的发展趋势。     

基于甲壳型液晶高分子的刚-柔型二嵌段共聚物的层状相:链伸展行为的研究

研究了一系列以聚己内酯(PCL)为柔性链段、甲壳型液晶高分子聚{2,5-二[(4-甲氧基苯基)氧羰基]苯乙烯}(PMPCS)为刚性链段的刚-柔型二嵌段共聚物(PCL-b-PMPCS)的微相分离结构.小角X射线散射(SAXS)和广角X射线衍射(WAXD)实验结果表明,当PMPCS为无定形态时,PCL-b-PMPCS的微相分离行为与柔-柔型二嵌段共聚物相似,其相形态主要取决于两段的体积分数.随温度升高,PMPCS链段采取伸展的棒状构象,形成六方柱状向列相(ΦHN),会诱导体系的微相分离结构出现"有序-有序"或"无序-有序"转变,使得在很宽的PMPCS体积分数(fPMPCS:40%~80%)内样品均呈现层状微相分离结构.我们对在200oC得到的层状相SAXS数据进行了一维相关函数分析,详细考察了层状相中PMPCS及PCL相区的厚度(LPMPCS、LPCL)与相应链段聚合度(NPMPCS、NPCL)的关系.对PMPCS相区,发现LPMPCS=0.2NPMPCS(nm).因棒状PMPCS链段与层的法线方向平行,该线性关系表明PCL-b-PMPCS的层状相为"单层近晶A相"结构,LPMPCS即为棒状PMPCS链段的长度,可通过控制PMPCS的聚合度予以精确控制.对PCL相区,则LPCL与NPCL近似有标度关系LPCL~NPCL0.85,说明处于熔融态的PCL链段受迫强烈伸展.进一步分析WAXD实验数据并计算每根PMPCS链段在层状相中的界面面积(S/X)可知,随NPMPS增大,PMPCS链段的液晶度从~20%增至~55%,S/X则从~2.4nm2增至~2.7 nm2.与此相应,PCL链段的伸展程度会略有降低,说明LPCL有较弱的NPMPCS依赖性.另一方面,LPCL与S/X的乘积与NPCL满足线性关系LPCL(S/X)=0.21NPCL(nm3),斜率即为PCL重复单元的体积.     

甲壳型液晶高分子的独特液晶行为*

通过ATRP合成了低分散度的甲壳型液晶高分子PBPCS. 用GPC测定了聚合物的分子量及其分布; 用热分析仪测定了聚合物的玻璃化转变温度; 用POM, WAXD, DSC, Rheometrics ARES流变仪等多种手段表征了PBPCS的独特液晶行为: 升温过程中, PBPCS在玻璃化转变温度之上存在一个各向同性相, 进一步升温进入液晶相——六方柱状向列相; 降温过程中, 液晶相消失, 重新进入各向同性相. 这种独特相转变发生的关键因素是熵的增加, 是一个熵驱动过程.     

甲壳型液晶高分子的化学结构及其与性能间关系的研究

设计并合成了7种新型甲壳型液晶高分子,研究了液晶基元的化学结构和立体效应对单体及其聚合物液晶性的影响.发现在液晶基元的末端引入极性或可极化的原子基团提高了单体的熔点和液晶相的热稳定性;液晶基元的长径比越大,单体的熔点和清亮点越高;聚合使单体的液晶稳定性增加、液晶相温度范围变宽;侧链液晶基元的极性、刚性和空阻越大,聚合物的玻璃化温度越高;酰胺基团无论是在分子的末端还是在连接部位,都使单体的熔点和聚合物的玻璃化温度提高,但在分子末端时液晶相较稳定,作为中心桥键时不利于液晶相的稳定形成.     

长侧基甲壳型液晶高分子的合成及性质研究

设计并合成了一系列尾链为不同长度烷氧基的长侧基甲壳型液晶高分子聚[2,5-二(4 ′-烷氧基联苯氧羰基)苯乙烯]( PnCbiPCS,n=4,6,8,10,14).这些聚合物都具有良好的热稳定性.偏光显微镜及一维和二维广角X射线衍射等研究结果表明PnCbiPCS这一系列聚合物均能形成稳定的近晶A相结构,所对应的层间距随...     

含芳酰胺结构的新型甲壳型液晶高分子PMPACS的聚合反应动力学研究

采用称量法和GPC,研究了以二甲基乙酰胺为溶剂,偶氮二异丁腈为引发剂,自由基溶液聚合制备含芳酰胺结构的新型甲壳型液晶高分子聚[乙烯基对苯二甲酸二(4-甲氧基苯胺)](PMPACS)的聚合反应动力学.研究发现,(1)MPACS的聚合反应在60℃时主要为双基偶合终止,所以反应后期聚合物分子量明显增大,分子量分布变窄;(2)该反应的聚合反应速率方程为Rp=kp[M][I]1/2,表观活化能Eα=44 kJ/mol,在60℃时的聚合反应常数kp=1.04 L·mol-1·h-1;(3)相同聚合条件下,单体的转化率和数均分子量随单体初始浓度[M]0的增加而增大,当引发剂浓度[I]0增加时,聚合物的分子量随之降低,分子量分布增大;(4)该研究虽采用普通自由基聚合,所得聚合物的分子量分布却较窄,仅为1.1～1.4.     

有机硅侧链液晶研究进展

综述了国内外有机硅侧链液晶近年来的研究进展，对近晶型、席夫碱型、向列型、胆甾型、偶氮苯型、鱼骨型以及光学非线性型几种主要类型的有机硅侧链液晶进行了详细介绍，并对近年来受到重视的有机硅侧链液晶电流性和离聚物研究进展作了较全面的总结，最后对其应用前景进行了展望。     

Meso‐ and Microscopic Motions in Photoresponsive Liquid Crystalline Polymer Films

Photoresponsive azobenzene‐containing systems ranging from molecular to macroscopic material levels have greatly been increasing their significance in materials chemistry. This review focuses on the studies on light induced or triggered motions in azobenzene liquid crystalline (LC) polymer films at mesoscopic and microscopic levels. Due to the cooperative nature of liquid crystalline materials, highly efficient photoalignment and photo‐triggered migrating motions are realized in mostly repeated manners. Here, recent advances in surface‐grafted LC polymer brushes, LC block copolymer films, and LC polymer films that exhibit mass migrations are overviewed. Such newly emerged photoresponsive systems are expected to provide new possibilities and applications in polymer thin film technologies.

     

铁电性液晶高分子的研究进展

铁电性液晶高分子的性能和合成方法，一直是国内外广泛关注与研究的热点。本文概述了铁电性液晶高分子的铁电性，光电效应，非线性光学性质，相转变及其合成的研究进展，并讨论了铁电性液晶高分子在显示和非线性光学领域中的应用前景。     

侧基含纳米构筑单元的甲壳型液晶高分子的多层次自组装

甲壳型液晶高分子可以呈现超分子柱或片层的链构象,因此可以作为超分子液晶基元形成多种液晶相态,如六方柱状相、柱状向列相、六方柱状向列相、近晶相等.将纳米构筑单元,如一维的二联苯、二维的苯并菲、三维的多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)等,引入到甲壳型液晶高分子中,所得聚合物可以自组装形成在亚十纳米和近纳米尺度的多级有序结构.这些结构具有尺寸可控及单分散的优点,可望在有机光电、纳米多孔膜以及纳米光刻等领域有着广阔的应用前景.本文主要介绍了将二联苯、偶氮苯、棒状多苯结构、苯并菲和POSS基元引入到甲壳型液晶高分子中制备多级组装结构的相关工作.     

Synthesis of a New Self-Assembly Liquid Crystalline Polymer Through Intermolecular Hydrogen Bonding

A new side chain liquid crystalline polymer with biphenyl mesogenic group has been prepared. This polymer forms a bilayer smectic A phase through intermolecular hydrogen bonding according to the result of X-ray diffraction. Its phase transition was studied lining DSC and polarized optical microscopy. Infrared spectroscopic measurements show that cyclic dimeric hydrogen bonds of carboxylic acids are embedded in the bilayer.     

一种通过分子间氢键自组装的侧链液晶聚合物

一种通过分子间氢键自组装的侧链液晶聚合物邢佩祥，赵英英，汤心颐，姜炳政（吉林大学化学系，长春，１３００２３）（中国科学院长春应用化学研究所高分子物理开放实验室）关键词氢键，侧链液晶聚合物，近晶相，自组装自Ｒｉｎｇｓｄｏｒｆ［１］等提出在介晶基团与主链...