【2017年整理】液晶高分子

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1、精细高分子课程论文 题目:液晶精细高分子的研究进展姓名:刘善勇班级:应用化学 1311学号:13200109122指导老师：钱永日期：2016/4/16摘 要 ：液 晶 精 细 高 分 子 是 指 具 有 液 体 的 流 动 性 和 晶 体 的 各 向 异 性 的 液 晶 介 态 的 高 分子化合物，是不同于固相和液相的一种中介相态。综述了液晶的发现过程、形成机制及分类。介绍了液晶精细高分子材料的特点，并对液晶在各个领域的应用研究和潜在性能进展作了简要的阐述。关 键 词 ：液晶精细高分子 研究 应用一、液晶高分子的发展和分类1.1液晶高分子的发展从高分子科学本身来讲，其历史短于液晶研究的历史，

2、液晶现象是1888年奥地利植物学家 F.Reintizer【1】在研究胆甾醇苯甲酯时首先发现的。研究表明，液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态，它既具有晶体的各相异性，又有液态的流动性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多数由小分子量基元键合而成，它是一种结晶态，既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征。这样人们自然会联想到具有这种结构的高分子材料。1937年 Bawden 和Pirie【1】在研究烟草花叶病病毒时，发现其悬浮液具有液晶的特性。这是人们第一次发现生物高分子的液晶特性，其后1950年，Elliott 与 Ambrose 第一次合成了高分子液晶，溶致型液晶的研究工

3、作至此展开。50年代到70年代，美国 Duponnt 公司投入大量人力才力进行高分子液晶发面的研究，取得了极大成就，1959年推出芳香酰胺液晶，但分子量较低，1963年，用低温溶液缩聚法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纤维 Nomex，1972年研制出强度优于玻璃纤维的超高强.高模量的 Kevlar 纤维，并付注实用，以后，高分子液晶的研究则从溶致型转向为热致型。在这一方面 Jackson 等作出了较大贡献，他们合成了对苯二甲酸已二醇酯与对羟基苯甲酸的共聚物，可注塑成型，这是一种模量极高的自增强液晶材料。从应用领域分析，液晶高分子材料在电子电气行业中需求量最大且发展迅速，1998年可达3600 吨

4、，平均年增长23.1 %；其次是通讯业，需求量约1540 吨，增长21.1%；工业界及运输业总需求量不到1700 吨，平均年增长率约为 I1%。主要用于接插件、开关、继电器、模塑印刷电路板、光缆结构件、复合材料、机械手、泵/阀门组件、功能件等，极大地推动了液晶高分子技术及其它高新技术的发展。1.2液晶高分子的分类1.2.1根据液晶分子结构特征根据刚性部分在分子中的相对位置和连接次序，可将其分成主链型高分子液晶和侧链型高分子液晶。在物理化学性质上方面，主链型液晶与侧链型液晶表现出相当大的差异。1.2.2根据液晶形态根据刚性分子链堆砌所形成的物理结构，可分为三种织态结构：即向列型液晶、近晶型液晶和

5、胆甾型液晶。近晶型液晶其分子排列成层，层内分子长轴互相平行，垂直于层片平面。分子可在本层活动，不能上下层移动，二维有序，其规整性近似晶体。向列型液晶分子沿长轴方向平行排列，分子间保持与近晶型液晶相似的平行关系。分子能上下、左右、前后滑动，呈现一维有序，重心位置无序，有很大流动性。胆甾型液晶是向列型液晶的一种特殊形式。分子排列成层，层内分子排列成向列型；分子长轴平行于层的平面，层与层间分子长轴逐渐偏转，形成螺旋状。由于这些扭转作用，可以使反射白光发生色散，透射光发生偏转，具有独特的光学性质。1.2.3根据液晶形成条件按液晶形成条件，可分为溶致型液晶、热致性液晶、压致型液晶等等。溶致性液晶是在溶解

6、过程中液晶分子在溶液中达到一定浓度时所形成有序排列，产生各种异性构成液晶。热致性液晶是在加热熔融过程中，不完全失去晶体特征，保持一定有序性的三维各向异性的晶体所构成的液晶。二、液晶高分子的应用2.1嵌段液晶共聚物应用的研究由于嵌段共聚物的合成技术有较大的可靠性和预见性，因此能较好地控制诸如序列结构、链段长度及多分散性等重要参数，准确地达到所要求的结构，这样便可根据不同的使用要求进行分子裁剪，设计合成具有特殊性能的高分子材料。嵌段液晶共聚物除了用作液晶原位复合材料的增容剂，制备高强度、高模量及加工性能优异的高性能结构材料外，还可用于：制备集光电性、液晶性及优异的加工性于一身的高科技光电功能材料；

7、利用嵌段液晶共聚物相转变的平衡特性可进行评估聚合物特殊的物理过程和物理性能；作为半结晶嵌段共聚物还可用来研究总体几何结构与拓扑之间的关系；嵌段液晶共聚物还可用来研究不同的相界面条件及相畴尺寸对液晶相的形成、特性及稳定性的影响。2.2液晶高分子分子复合材料液晶高分子与其它高分子的共混物是一类很有生命力和发展前景的材料，它性能优良、价格便宜、品种多样、加工容易，因而深受国内外重视。如何将棒状分聚合物分散到柔性链分子基体中，使它们尽可能地达到分子分散的水平，一直是科学家们努力追求的。液晶高分子分子复合材料(Molecular composite)是一种新型的高分子复合材料，其概念是由日本的 Taka

8、yanagi 和美国的Helminiak 等人差不多同时在20世纪80年代初提出来的。它通常是指将纤维与树脂基体的宏观复合扩展到分子水平的微观复合也就是用刚性高分子链或微纤作增强剂，并以接近分子水平的分散程度分散到柔性高分子基体中的复合材料。 刘孝波等【2】在2003年指出，液晶热固性聚合物的研究是近年来液晶聚合物研究课题中出现的一个新型的研究课题。它将集液晶特征和热固性聚合物的性质于一体，创造出一类新型的特种热固性高分子材料。液晶环氧树脂为代表的液晶性网络材料是其中重要的一类，它为高性能高分子复合材料的研究开辟了新的途径，从而拓宽了液晶聚合物和通用热固性聚合物的研究。2.3液晶高分子功能材料

9、功能高分子液晶材料包括:光学非线性高分子液晶，铁电性和反铁电性高分子液晶，光导高分子液晶，生物性高分子液晶和高分子液晶膜等。由于它们的特殊性能将会有非常广阔的重要应用前景。黄发荣【3】在2007年报道了高分子非线性光学材料的发展结构与性能研究状况。指出非线性光学材料研究旨在光学器件上获得应用。虽然目前已经开发出许多高分子非线性光学材料，但工作还处在探索阶段，离实际应用还有一段距离，一方面材料非线性不足，另一方面非线性稳定性不够。今后需进一步开展的工作包括开发具有更高更稳定非线性光学材料，材料的加工如纤维、薄膜制备等和探讨非线性材料的微观结构和机制，寻找提高非线性的有效途径。这些工作的展开需耍从

10、事固体物理学、光学、量子力学、有机化学、结构化学、物理化学、电学、材料科学， 高分子科学等多种学科及应用技术的专家们努力合作，有机非线性光学材料的发展前景是壮观的。庞月红等【4】在2007年采用聚合相分离原理制备了一种电光性能优良的新型液晶高分子膜PDLC 膜.从应用角度出发，创新性地使用白光而非可见光区某一波长的光表征 PDLC 膜的性能参数，如对比度、工作电压、响应视角等，测试结果表明该膜工作电压为20 V、响应视角150以上、寿命达100000数量级且性能稳定，同时比较了基片材质的影响，发现塑料 ITO 基片制备的 PDLC 膜对比度性能更优越，且容易制成大面积、可折叠的显示器件，有着更

11、广泛的应用价值.该膜在传感器以及分析仪器元器件如新型光栅等方面已显示出其潜在的应用前景。2.4电子电器领域【5】液晶高分子优异的电绝缘性、低热膨胀系数、高耐热性和耐锡焊性等优点，使其在电子工业中的应用日益扩大。以表面装配技术和红外回流焊接装配技术为代表的高密度循环加工工艺，要求树脂能够经受260以上的高温，还要求制品薄壁和小型化，故要求树脂能精密注射、不翅曲和耐焊接，这是一般工程塑料难以达到的，而 Vectra、Xydar 类液晶高分子可满足这些要求。目前发达国家电子工业中将液晶高分子用来制作接线板、线圈骨架、印刷电路板、集成电路封装和连接器，此外还用作磁带录象机部件、传感器护套和制动器材等。

12、2.5汽车和机械工业领域【5】LCP 广泛用于制造汽车发动机内各种零部件(如燃油输送系统的泵和浆叶、调速传感器等)，以及特殊的耐热、隔热部件和精密机械、仪器零件。液晶高分子可以用于巡航控制系统的驱动发动机中作为旋转磁铁的密封元件。Du Pont公司采用 Kevlar 119作为高级轿车轮胎补强纤维，使轮胎的各种性能提高50%；日本住友化学公司开发的 PTEE Ekonol E101系列合金可用于200以上使用的无油润滑轴承以及耐溶剂轴承等。2.6航空航天领域 【6】LCP 由于具有耐各种辐射以及脱气性极低等优良的“外层空间性质”，可用作人造卫星的电子部件，而不会污染或干扰卫星中的电子装置，还可

13、模塑成飞机内部的各种零件，如采用 Xydar 可满足长期在高温下运转的发动机零件的要求。利用 Kevlar 的强力，美国航空航天部门已大量用其作为高级复合材料，如波音777飞机每架用高级复合材料占总重的60%以上，其中大部分是 Du Pont 公司的 Kevlar49和149。三、液晶高分子的研究进展和开发前景目前，液晶高分子的合成主要采用缩聚反应，合成的液晶高分子主要为全芳香聚醋主链液晶，芳香族聚酞胺或芳一脂族聚醋酞胺主链液晶，芳一脂族共聚酷主链液晶及侧链液晶。聚合方法以熔融缩聚为主，也可采用溶液缩聚及固相缩聚。我国液晶高分子研究始于20世纪70年代初，1987年在上海召开的第一届全国高分子

14、液晶学术会议标志着我国高分子液晶的研究上了一个新的台阶。此后，全国高分子液晶态学术会议每两年召开一次，共召开了8次。1994年在北京召开IUPAL 国际液晶高分子会议，20世纪80年代周其凤等提出了新的甲壳型液晶高分子的概念并从化学合成和物理性质等角度给出了明确的结论，得到了国内学者的关注。而北京大学在该研究一直处于领先地位，已成功合成了上百个具有不同化学结构的甲壳型液晶高分子，并从不同的视角对其结构和性质开展了研究。关于液晶高分子几年来的主要进展可概括为以下几个方面：【7】（1）合成出一系列含有各种新型介晶基元的液晶高分子，如柱状(或碟状)液晶分子、复合型液晶高分子以及刚性链侧链型液晶高分子

15、.(2)部分液晶高分子品种已实现了工业化生产.基础研究和应用基础研究取得了显著进展，如液晶高分子结构与性能关系；液晶高分子相变动力学和热力学；液晶高分子的固态结构和结晶行为；溶致液晶高分子相图；热致液晶高分子加工流变学及其共混改性理论等，都取得了显著进展.在此基础上开发了复合材料和原位复合材料.(3)新型功能液晶高分子的合成以及液晶高分子在外场作用下的液晶行为研究也取得发显著进展.四、液晶高分子材料发展存在的问题虽然液晶高分子材料的研究领域广泛，应用宽广，但是从多篇文献及研究结果来分析，整体上还存在一些普遍的问题，比如：价格高、研究水平低、工艺复杂、投资少等问题。结语：我国液晶高分子研究始于2

16、0世纪70年代初，1987年在上海召开的第一届全国高分子液晶学术会议标志着我国高分子液晶的研究上了一个新的台阶。此后全国高分子液晶学术会议每两年召开一次，共召开了8次。20世纪80年代周其凤等提出了新的甲壳型液晶高分子的概念并从化学合成和物理性质等角度给出了明确的结论，得到了国内学者的关注。总而言之，液晶高分子作为一种较新的材料，人们对它的认识还不足，但随着液晶高分子的理论日臻完善，其应用也日益广。可以肯定，作为一门交叉学科，液晶高分子材料科学在高性能结构材料、信息记录材料、功能膜及非线性光学材料等方面的开发中必将发挥越来越重要的作用。相信，随着液晶高分子科学在我国的深人发展及现代化建设对新型材料的需求，以及随着我国高技术产业的成长壮大，液晶高分子的开发将会日益得到国家主管部门及企业的支持和重视，从而在不太长的时间内，在液晶高分子的合成、加工、应用的商业化方面必将赶上美日欧的先进水平。【参考文献】【1】陈洁 . 液晶高分子分子设计. 现代塑料加工与应用, 1997 ,14(5)