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目前,手性侧链液晶高分子是液晶高分子研究领域的热点,其中胆甾液晶高分子具有许多独特的性质,如选择反射、高旋光性、圆二色性和电光效应等,在光学、热控温材料等方面有着广阔的应用前景。蓝相液晶也因为其独特的光学性能而成为研究的热点,如高旋光性、选择反射和光学各向同性等,但是由于蓝相出现的温度范围很狭窄,国际上报道的小分子蓝相温度范围不超过5℃,聚合物稳定的蓝相温度不超过70℃。合成和研究宽温度范围的聚合物蓝相是本文的特色之一。
本文合成了八种液晶单体,分别为十一烯酸胆甾醇酯(M1)、4-烯丙氧基苯甲酰氧基乙酸胆甾醇酯(M2)、5-{4-[4-((4-(4-烯丙氧基)苯甲酰氧基乙氧基)苯甲酰氧基)苯基]苯氧羰基}戊酸胆甾醇酯(M3)、5-{4-[4-((4-(4-烯丙氧基)苯甲酰氧基乙氧基)苯甲酰氧基)苯基]苯氧羰基}戊酸薄荷醇酯(M4)、5-{4-[4-((4-(4-烯丙氧基)苯甲酰氧基乙氧基)苯甲酰氧基)苯基]苯氧羰基}戊酸薯预皂素酯(M5)、5-{4-[4-((4-(4-烯丙氧基)苯甲酰氧基乙氧基)苯甲酰氧基)苯基]苯氧羰基}-(4-乙氧基苯甲酰氧基)异山梨醇酯(M6)、9-{4-[4-((4-(4-烯丙氧基)苯甲酰氧基乙氧基)苯甲酰氧基)苯基]苯氧羰基}壬酸胆甾醇酯(M7)和5-{4-[(4-丙烯酰氧基乙氧基苯甲酰氧基)苯基]苯氧羰基}戊酸胆甾醇酯(M8)和两个系列的液晶聚合物。并运用红外光谱(FT-IR)、差示量热扫描分析(DSC)、热失重分析(TGA)和偏光显微法(POM)对其进行了结构及性能表征。所合成的物质中,除单体M1外均未见报道,它们的设计合成与性能研究将丰富手性侧链液晶高分子研究领域,为手性液晶聚合物材料的研究和开发提供实验数据和理论依据。
八个液晶单体中,单体M2为热致单变胆甾液晶,其余均为热致互变胆甾液晶,主要呈现胆甾油丝织构。单体M2分别和M1、M8接枝共聚而形成侧链液晶聚合物P1和P2。本文详细讨论了柔性链、介晶基元和间隔基对聚合物的影响。随着M2的mol%含量的增加,两个系列的聚合物的玻璃化转变温度Tg都呈先降低后升高的趋势;P1系列的Ti随着M2的mol%含量的增加而升高,P2系列的Ti随着M2的mol%含量的增加而降低。在两个系列中,都出现了聚合物蓝相,其中聚合物P1-3的蓝相区间宽达70℃,聚合物P2-3的蓝相区间超过50℃。研究发现,蓝相可以在胆甾相之后出现,也可以伴随胆甾相一起出现,甚至在胆甾相之前出现。本论文中蓝相液晶聚合物的合成与研究既为蓝相的研究提供了物质基础,也丰富了蓝相理论,为将来对蓝相的深入研究提供了一定的基础。