液晶高分子課件

液晶高分子組員液晶高分子的定義液晶是一些化合物所具有的介于固態(tài)晶體的三維有序和無規(guī)液態(tài)之間的一種中間相態(tài),又稱介晶相

是一種取向有序流體,既具有液體的易流動性,又有晶體的雙折射等各向異性的特征。

液晶高分子則是在一定條件下能以液晶形態(tài)存在的高分子。液晶高分子的發(fā)展史LCP的飛速發(fā)展時(shí)期高性能的熱致LCP的大量涌現(xiàn)與廣泛研究是七十年代LCP飛速發(fā)展的標(biāo)志，在此LCP飛速發(fā)展的時(shí)期，人們進(jìn)一步豐富和發(fā)展了LCP的內(nèi)容，奠定了LCP的理論與工業(yè)化基礎(chǔ)，致使近年來的LCP研究與開發(fā)更加蒸蒸日上。LCP的工業(yè)化與深入研究時(shí)期80年代以來，LCP進(jìn)入蓬勃發(fā)展時(shí)期。1972年，DuPont公司實(shí)現(xiàn)了Kevlar工業(yè)化生產(chǎn)1981年，Carbide公司實(shí)現(xiàn)了液晶瀝青碳纖維的工業(yè)化生產(chǎn)1984年，Dartco公司投產(chǎn)量熱Xydar自增強(qiáng)塑料1985年，Celanese公司推出了易加工的Vectra系列產(chǎn)品1986年，Eastman和住友化學(xué)公司等相繼開發(fā)了低成本的X7G和EkonolLCPLCP在復(fù)合材料、功能材料和電光材料的開發(fā)，疾病診斷與治療及生命科學(xué)的研究方面也取得了重大進(jìn)展。LCP材料的工業(yè)化與廣泛應(yīng)用正在引起傳統(tǒng)材料工業(yè)的革命。液晶高分子的分類1.按液晶的形成條件，可分為溶致性液晶、熱致性液晶、壓致型液晶、流致型液晶等等。2.按致晶單元與高分子的連接方式，可分為主鏈型液晶和側(cè)鏈型液晶。主鏈型液晶和側(cè)鏈型液晶中根據(jù)致晶單元的連接方式不同又有許多種類型。液晶高分子的結(jié)構(gòu)致晶單元+高分子鏈主鏈型液晶大多數(shù)為高強(qiáng)度、高模量材料側(cè)鏈型液晶大多數(shù)為功能性材料液晶高分子的制備方法主鏈高分子液晶的問題

熔融溫度過高，溶解性較解決方法(分子設(shè)計(jì))（1）共聚（降低分子間作用力；降低規(guī)整度）（2）在聚合物剛性連中引入柔性段（3）聚合單體之間進(jìn)行非線性連接基本思路：利用共聚的方法降低熔融溫度或增加溶解性（1）共聚（2）在聚合物剛性連中引入柔性段

原理：增加分子鏈的熱運(yùn)動能力從而降低聚合物的熔點(diǎn)A、采用多環(huán)芳烴替代苯以增大單體的橫向尺寸B、在苯環(huán)的側(cè)面引入大取代基下面以主鏈型溶致性高分子液晶的合成為例

主鏈型溶致性高分子液晶的合成

主鏈型溶致性高分子液晶主要有以下幾類：

（1）芳香族聚酰胺（2）聚酰胺酰阱（3）聚苯并噻唑（4）纖維素類主鏈型溶致性高分子液晶主要應(yīng)用在高強(qiáng)度、高模量纖維和薄膜的制備方面（1）芳香族聚酰胺

這類高分子液晶是最早開發(fā)成功并付諸于應(yīng)用的一類高分子液晶材料，有較多品種，其中最重要的是聚對苯酰胺（PBA）和聚對苯二甲酰對苯二胺（PPTA）。

2）聚對苯二甲酰對苯二胺（PPTA）的合成。

PPTA是以六甲基磷酰胺（HTP）和N——甲基吡咯烷酮(NMP)混合液為溶劑，對苯二甲酰氯和對苯二胺為單體進(jìn)行低溫溶液縮聚而成。

（2）芳香族聚酰胺酰肼

芳香族聚酰胺酰肼是由美國孟山(Monsanto)公司于上一世紀(jì)70年代初開發(fā)成功的。典型代表PABH(對氨基苯甲酰肼與對苯二甲酰氯的縮聚物)，可用于制備高強(qiáng)度高模量的纖維。

（3）聚苯并噻唑類和聚苯并噁唑類

這是一類雜環(huán)高分子液晶，分子結(jié)構(gòu)為雜環(huán)連接的剛性鏈，具有特別高的模量。代表物如聚雙苯并噻唑苯（PBT）和聚苯并噁唑苯（PBO），用它們制成的纖維，模量高達(dá)760～2650MPa。

高分子液晶的應(yīng)用領(lǐng)域液晶高分子由于其區(qū)別于其他高分子材料的流變性能、各向異性以及良好的熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的介電、光學(xué)和機(jī)械性能，以及它的抗化學(xué)試劑能力、低燃燒性和極好的尺寸穩(wěn)定性，在諸多領(lǐng)域日益受到重視，獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。

1.液晶顯示器

液晶顯示技術(shù)，是應(yīng)用向列型液晶的靈敏的電響應(yīng)特性和優(yōu)秀的光學(xué)特性。把透明的向列型液晶薄膜夾在兩塊導(dǎo)電的玻璃板之間，在施加適當(dāng)電壓的點(diǎn)上變得不透明，因此當(dāng)電壓以某種圖形的形式加到液晶薄膜上就產(chǎn)生了圖像。液晶顯示器件最大的優(yōu)點(diǎn)在于耗電低，可以實(shí)現(xiàn)微型化和超薄化。與小分子液晶材料相比，液晶高分子在圖形顯示方面的應(yīng)用前景在于利用其優(yōu)點(diǎn)開發(fā)大面積、平面、超薄型、直接沉積在控制電極表面的顯示器，具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。2.高強(qiáng)高模材料

高強(qiáng)高模材料包括主鏈型溶致和熱致LCP兩大類。溶致LCP材料制造纖維和薄膜，主要是聚芳酰胺如PPTA和雜環(huán)高分子如PBZT和PBO。熱致LCP制造模塑制品、纖維、薄膜、涂料、粘合劑，芳香共聚酯為主，此外還有聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯酰胺等。

熱致LCP應(yīng)用領(lǐng)域：（1）電子電器領(lǐng)域。（2）軍用器械和航空航天領(lǐng)域。（3）汽車和機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域。（4）光纖通訊領(lǐng)域。（5）化工設(shè)備和裝置。LCP特別是熱致性主鏈液晶具有高模高強(qiáng)等優(yōu)異的機(jī)械性能，因此特別適用于高性能工程材料。比如作為優(yōu)異的表面鏈接材料將電子元器件直接固定到印刷線路板表面。3.液晶高分子復(fù)合材料液晶高分子復(fù)合材料是以熱致性液晶聚合物為增強(qiáng)劑，將其通過適當(dāng)?shù)姆椒ǚ稚⒂诨w聚合物中，就地形成微纖結(jié)構(gòu)，達(dá)到增強(qiáng)基體力學(xué)性能的目的。常用來作為增強(qiáng)材料的液晶聚合物有PET/PHB、Veetra、Xylar、

全芳聚酯等。

液晶高分子形成微纖結(jié)構(gòu)以及與基體材料良好的界面粘結(jié)性對復(fù)合材料的增強(qiáng)效果至關(guān)重要。

4.光記錄存儲材料

液晶高分子可以利用其熱，光效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)光存儲。首先將存儲介質(zhì)制成透光的液晶態(tài)晶體，這時(shí)測試的光完全透過，證明沒有信息記錄；當(dāng)用一束激光照射存儲介質(zhì)時(shí)，局部溫度升高而使液晶高分子熔融成各向同性熔體，分子失去有序性：激光消失后，液晶高分子凝結(jié)成不透光的固體，信號被記錄下來。此時(shí)如果再照射測試光，將僅有部分光透過，記錄的信息在室溫下永久保存。這同光盤相比，其對信息的存儲依靠記憶材料內(nèi)部的特性變化使得液晶高分子存儲材料的可靠性更高，而且不用擔(dān)心灰塵和表面的劃傷對存儲數(shù)據(jù)的影響，更適合于重要數(shù)據(jù)的長期保存。6.液晶高分子分離材料

液晶固定相是色譜研究人員重點(diǎn)開發(fā)的固定相之一，采用硅烷作為骨架的側(cè)鏈高分子液晶可以單獨(dú)作為固定相使用，小分子液晶的高分子化克服了在高溫使用條件下小分子液晶的流失現(xiàn)象。高分子液晶作為色譜固定相需要解決的問題包括降低聚合物的玻璃化溫度和擴(kuò)寬液晶態(tài)的溫度范圍等內(nèi)容。手性液晶的引入對光學(xué)異構(gòu)體的分離提供了一種很好的分離工具。高分子液晶的發(fā)展趨勢1.擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，開發(fā)廉價(jià)的單體來生產(chǎn)LCP，以降低樹脂的生產(chǎn)成本和銷售價(jià)格。2.通過共聚改性，如在大分子鏈中引入彎折結(jié)構(gòu)和不對稱結(jié)構(gòu)，開發(fā)出綜合性能更好的LCP樹脂。3.為了進(jìn)一步提高LCP的性能，采用增強(qiáng)、填充改性，不但可以抑制LCP的各向異性的缺點(diǎn)，提高高溫下的強(qiáng)度，還能夠賦予其某些特殊功能，擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域，從而降低成本，提高市場競爭能力。4.LCP與特種工程塑料進(jìn)行共混改性，能夠改善難加工工程塑料的成型加工性能、減少熱塑性塑料的線膨脹系數(shù)、進(jìn)而