基于聚丁二烯调控多功能度液晶高分子合成

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侧链型液晶高分子(SCLCPs)兼具高分子骨架无定型及侧链液晶基元各向相异的优异性能。通过高分子骨架与不同功能的液晶基元合理组合,可以实现具有特种功能的高分子的合成,近年来,在先进高分子材料的多功能集成化和智能化方面取得了突破性的进展。随着高分子科学的发展,丰富的具有复杂形态的液晶高分子(LCPs)的设计合成对结构与性能的“构-效”关系及结构对性能影响机制的确定提出了巨大的挑战。众所周知,分子作用力是影响液晶性能的关键因素,分子作用力与功能度密切相关,因此,功能度的控制发展成为了是一项新的研究课题。活性阴离子聚合(LAP)能够高效定制分子量可控、窄分布的橡胶及弹性体。聚丁二烯(PBs)作为典型的LAP合成橡胶,不仅拓扑形态和微观结构多样,具有理想的后功能化位点,而且具有较低的玻璃化温度(Tg),能够合成室温可使用的LCPs材料。本文从分子设计角度出发,基于PB微观结构,设计合成多功能度的SCLCPs和液晶弹性体(LCEs),研究微观结构对功能度及液晶材料性能的控制。(1)基于LAP制备了侧链乙烯基含量不同(8%-94%)的PBs均聚物,采用配置小角光散射(LALLS)和示差检测器(RI)的凝胶渗透色谱(GPC-RI/LALLS)明确了PBs微观结构与折光率增量(dn/dc)和Tg的关系。采用硅氢加成方法,将两种不同结构的偶氮苯基液晶单体(Azo-M1和Azo-M2)接枝到PBs主链中,分别得到PB-LCP1与PB-LCP2,其功能度(摩尔接枝率,EA)为15%、30%和50%。结果表明:随着PBs侧链乙烯基含量的增加,PB-LCP1与PB-LCP2的EA均逐渐增大(15%、30%和50%),进而液晶形成的温度范围(ΔT)和液晶相-各向同性转变温度(Ti)逐渐增大。重要的是,当EA增大到相同为50%时,随着PBs骨架中侧链乙烯基含量的增加,PB-LCP1与PB-LCP2的ΔT和Ti逐渐增大,证实了PBs微观结构对液晶性能的重要影响。(2)基于商业化三嵌段共聚物(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)SBS,采用“巯基-烯”点击反应和酯化反应结合,以Azo-M3为液晶单体,2-脲基-4[1H]嘧啶酮(Upy)为动态交联剂,以不同比例接枝到PBs嵌段中,设计合成Upy含量不同(5%、10%和20%)的LCEs。此外,通过引入液晶单体Azo-M4,设计合成Azo-M3和Azo-M4不同比例的LCEs。结果表明:所合成的LCEs成膜性较好,拉伸后的膜N=N键红外二向色性不同,呈现了可逆的光致形变和不明显的热致形变;动态交联键具有可逆性,可实现LCEs膜重复加工。液晶单体Azo-M4的引入实现了LCEs的Tg和Ti的控制,为进一步研究奠定了基础。
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