【摘 要】
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液晶弹性体材料是基于传统的弹性体和高分子材料进行分子设计、引入液晶相态并构造热力学稳态的新一代高分子材料。液晶弹性体材料兼具液晶的各向异性和高分子网络的橡胶弹性,与非交联液晶高分子相比,液晶弹性体具有独特的软弹性。而手性液晶弹性体因其具有螺旋结构赋予了其更多优异的性能。手性液晶弹性体不仅具有一般弹性体优良的机械性能、热和化学稳定性,还具有因手性带来的铁电性、压电性等,使其在显示、压电、非线性光学、
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液晶弹性体材料是基于传统的弹性体和高分子材料进行分子设计、引入液晶相态并构造热力学稳态的新一代高分子材料。液晶弹性体材料兼具液晶的各向异性和高分子网络的橡胶弹性,与非交联液晶高分子相比,液晶弹性体具有独特的软弹性。而手性液晶弹性体因其具有螺旋结构赋予了其更多优异的性能。手性液晶弹性体不仅具有一般弹性体优良的机械性能、热和化学稳定性,还具有因手性带来的铁电性、压电性等,使其在显示、压电、非线性光学、无孔渗透膜等方面具有潜在的应用前景。本论文分别合成了一种含胆甾醇的液晶单体A,两种单酚单体M,N,两种手性交联剂P,R,一种液晶交联剂Q。将A、M和Q共聚得到AMQ系列弹性体聚合物;将A、N和Q共聚得到ANQ系列弹性体聚合物;将A、N和P共聚得到ANP系列弹性体聚合物;将A、N和R共聚得到ANR系列弹性体聚合物。最终制备了四个系列胆甾醇液晶弹性体AMQ,ANQ,ANP和ANR。通过傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)、旋光仪、交联密度测试、选择反射测试、X射线衍射(XRD)对其进行了表征,表明结构均符合分子设计。由DSC曲线可知,单体A和Q的升降温曲线都相应地出现明显的熔点和清亮点。弹性体聚合物AMQ、ANQ、ANP和ANR系列的升温曲线出现明显的玻璃化转变温度,部分清亮点不明显结合POM进行分析。AMQ和ANQ系列的Tg和Ti均表现为逐渐升高的趋势,交联剂Q的存在使得液晶弹性体的Tg和Ti升高。比较AMQ和ANQ系列的Tg和Ti,单酚单体含量的升高使得ANQ系列的Tg和Ti逐渐低于AMQ系列,即长链单酚单体使得液晶弹性体的Tg和Ti降低。ANP系列的Tg呈现逐渐降低的趋势,Ti先升高后降低的趋势。ANR系列的Tg呈现先降低后升高的趋势,Ti呈现为为逐渐升高的趋势。交联剂P整体上促进了液晶弹性体的Tg和Ti的降低。交联剂R整体上促进液晶弹性体的Tg和Ti的升高。通过POM测得,两个液晶单体都具有明显的特征织构,其中A为胆甾型液晶单体,交联剂Q为向列型液晶单体。四个系列的弹性体聚合物具有较宽的液晶相温度范围,为热致互变的液晶聚合物。液晶性表现为在按压下均具有特殊的彩色织构,属胆甾型液晶。由选择反射实验观察到,四个系列的弹性体聚合物在按压下均可观察到不同的选择反射现象。由旋光度测试可知,两种手性交联剂均为左旋光学活性物质。由溶胀实验可知,四个液晶弹性体系列随着交联程度的升高,交联点间的相对平均分子质量Mc越低,液晶弹性体交联密度Me就越大。由XRD测试结合POM以及DSC分析表明所有弹性体聚合物系列属于胆甾相。
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