主链热致液晶高分子的高有序液晶性研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 富露祥 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2001 |
| 授予单位 | 中国科学院长春应用化学研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院长春应用化学研究所 |
| 关键词 | 主链热致液晶高分子 高有序液晶相 液晶结构 单晶状条带结构 |
| 学位专业 | 高分子物理与化学 |
| 中文摘要 | 主链热致液晶聚芳醚酮，同时引入含联苯介晶基元和含取代侧基的破坏结晶基元，具有丰富的液晶相结构，是目前发现的少数几种具有高有序液晶性的聚合物之一。本论文利用热分析（DSC）、红外光谱（FTIR）、广角X－射线衍射（WAXD）、偏光显微镜（PLM）、电子显微镜（TEM）、电子衍射（ED）和原子力显微镜（AFM）等实验手段对主链热致液晶聚芳醚酮进行了结构和形态表征，研究了高有序液晶性及其在相变中作用。这不但对全面了解和认识液晶高分子的复杂相变过程有重要理论意义，同时对改善这类材料的性能和拓宽其应用范围有重要的实际意义。首先确定了主链热致液晶聚芳醚酮的高有序液晶相。DSC结果指出该共聚物呈现两个热力学一级相转变，即结晶相向液晶相和液晶相向各向同性相的转变。WAXD结果表明，该共聚物在液晶相温区形成高有序近晶结晶相结构，即同时呈现高有序液晶相和结晶的衍射特征，由低角度衍射峰确定液晶相具有多个亚层结构，由高角度衍射峰确定结晶相为正交晶系。通过ED、WAXD方法，确定所得的高有序近晶结晶相为垂直的正交相SC_E相。TEM、PLM观察到的单矢畴结构和镶嵌织构等也证明了高有序液晶相的存在。高有序液晶相的形成和发展过程对其后降温过程中的结晶相变有重要影响。从各向同性溶体慢降温时(≤10 ℃/min)，在液晶温区生成了较完整的高有序液晶相，其后直接转化成稳定的晶型I结构；从各向同性溶体快降温时(≥20 /min)，在液晶温区生成不完整的小尺寸高有序液晶相并成为另一种亚稳晶相（晶型II）的成核剂，而晶型II的生长速率很快，最终导致大量亚稳晶型II的生成。亚稳晶型II在较高温度下热处理可转化为稳定的晶型I。对于常规聚芳醚酮，可通过拉伸诱导和溶剂诱导晶型II的产生，而本文为首次发现液晶聚芳醚酮可通过控制降温速率诱导晶型II的产生。研究了液晶聚芳醚酮的共聚组成和侧基的空间位阻效应对液晶性的影响。当聚合物中侧基摩尔分类小于30％和大于80％时，样品不具有液晶性。仅当共聚物的侧基摩尔分数在30％－80％时，样品呈现液晶性，熔融相转变温度随共聚组成不同基本保持不变，这种变化规律与常规聚芳醚酮无规共聚物的呈“V”字形变化有显著的不同。不同侧基共聚物的液晶稳定性从小到大的次序为氯侧基PAEK<甲氧基 PAEK<叔丁基 PAEK≤苯侧基 PAEK<三氟甲基苯PAEK，说明空间位阻效应比分子极性效应对液晶稳定性的影响大，其符合Flory-Onsager空间位阻效应是决定液晶稳定性因素的观点，而否定了Maier-Sauper分子极性效应是决定液晶稳定性因素的观点。液晶聚芳醚酮具有非常丰富的液晶相态结构，包括低有序液晶相特征的纹影织构、扇形织构、焦锥织构；高有序液晶相特征的镶嵌织构、近晶相球晶织构、单矢畴结构；剪切力场诱导的指纹织构；非剪切作用下结晶诱导的单晶状条带结构；以及薄膜样品从溶体冷却结晶得到的单晶体和从非晶态冷结晶得到的球晶。单矢畴结构是有单一分子取向的有序微区，它是液晶高分子存在高有序液晶相一个有力的证据。研究表明液晶聚芳醚酮的单矢畴结构是由初始的多天畴结构经热处理转化而成的，具有正交晶系和分子链垂取向的特征。指纹织构是在液晶相与各向同性相转变温区受到机械剪切作用时形成的且非连续地分散在镶嵌织构中。研究表明指纹织构为正交晶体结构，整个指纹织构区域的分子链均垂直于膜平面，晶体的a轴和b轴的取向也基本一致。在主链热致液晶高分子中这种剪切诱导的指纹织构还是首次发现并被报道。单晶状条带结构是液晶聚芳醚桐熔体膜在高有序液晶相转化温区等温处理生成的。TEM结果指出条带呈明暗相间的周期性排列，其宽度约20nm；ED结果指出条带区域具有正交晶系的单晶状取向结构；条带的延伸方向为晶体的b轴方向；AFM结果指出条带结构的薄膜表面是凸凹起伏的。通过电子衍射、明场、暗场和样品倾转技术证明，这种结晶诱导的单晶状条带结构的成因来自于分子链的取向不同。条带结构在AFM高度图中的凸起部分（TEM明场像的暗区）分子链垂直于膜平面，而凹下部分（TEM明场像的亮区）分子链向b轴倾斜，最大倾角±20°。需要指出的是文献报道的条带结构，无论是剪切的和非剪切（结晶诱导或固化诱导）的条带结构，其分子链均平行于膜平面，而我们得到的条带结构的分子取向与其有显著的不同。这种单晶状条带结构的生成，除湿度和时间等影响因素外，膜厚度是决定性因素，只有当膜厚略大于分子链长度时，方导致结晶诱导的单昌状条带结构的形成，过剩的自由体积能以这种起伏的条 结构的方式得以释放。该聚合物在生成单晶状条带结构的同时，还形成大量的均相附生结晶形态，绝大多数附生结晶接触面为(100)_Ⅰ/(210)_Ⅱ和(010)_Ⅰ/(210)_Ⅱ，分别对应结晶b轴的夹角为32°和122°。液晶聚芳醚酮薄膜样品，从熔体冷却结晶得到了单晶体，从非晶态冷结晶得到了球晶。平放（flat-on）的单晶有规则的外形，从[001]方向的电子衍射图，可确定单晶区域为正交晶系，分子链（c轴方向）垂直于膜平面。AFM观察指出，单晶体表面平整度达分子水平，并成功地获得了分子晶格分辨像，测得的晶胞参数（a和b）与电子衍射结果基本一致，分子链端位于晶体表面，这意味着该聚合物的分子量分布很均匀。该分子晶格分辨像被《Macromolecular Rapid Communications》选作封面。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-01-17 |
| 页码 | 142 |
| 源URL | [http://ir.ciac.jl.cn/handle/322003/34075]  |
| 专题 | 长春应用化学研究所_长春应用化学研究所知识产出_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 富露祥. 主链热致液晶高分子的高有序液晶性研究[D]. 中国科学院长春应用化学研究所. 中国科学院长春应用化学研究所. 2001. |
入库方式： OAI收割
来源：长春应用化学研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。