LCP的种类与结构特征

1. LCP的种类与结构特征

答：根据分子排列的形式和有序性的不同，液晶可以分成以下3种形式:

a. 向列型液晶(nematic，liquid crystal 简称N) 大多数液晶及液晶高分子呈棒状。在向列相中，棒状分子彼此平行排列，仅具有一维有序，但分子的重心排布无序。在这三类液晶中仅向列相没有平移有序，它的有序度最低，粘度也小。

b. 近晶型液晶(smectic， liquid crystal 简称S) 近晶相除了沿指向矢的取向有序以外，还有沿某一方向的平移有序。即具有一定程度的位置有序，根据位置有序程度，近晶相又细分为很多亚相(SA～SK)。在三类相态中近晶相的结构最接近晶体结构。

c. 胆甾醇型液晶(cholesteric，liquid crystal 简称Ch) 胆甾醇相液晶都具有不对称碳原子，分子本身不具有镜象对称性，它是一种手征性液晶。

结构特征：

能够形成液晶的物质通常在分子结构中具有刚性部分，称为致晶单元。液晶包括刚性和柔性两部分。刚性部分一般呈近似棒状或碟状，刚性部分被柔性分子链连接组成液晶分子。液晶中的刚性结构一般通过刚性链接部件链接而成。从外形上看，致晶单元通常呈现近似棒状或片状的形态，这样有利于分子的有序堆砌。这是液晶在液态维持某种有序排必的结构分子下列所须因素。在高分子液晶中这些致晶单元被柔性链以各种方式连接在一起。

从聚集态结构来看，液晶高分子最为突出的一个结构特征是其高取向度结构以及由此而带来的高度的原纤化结构。这种结构主要来自于LCP分子链的刚性以及在液晶熔体或溶

液中的取向有序性，它使得LCP大分子链在加工过程中不在形成折叠连结构或传统的分子网络，而是沿着流动方向高度取向。

2. 溶致LCP举例、主要性质与应用

答：高分子液晶处于液晶态时，熔体或溶液都具有一定的取向性，在力场中很容易发生链的取向，让高分子液晶的熔体或溶液流过喷丝孔、膜孔或流道，在很低的剪切速率下也可获得很高的取向度，利用此性质，可制得高强度、高模量的纤维、薄膜和注塑制品。

（1）聚对苯二甲酰对苯二胺制成的Kevlar纤维：

–强度为钢丝的6～7倍（20g/d, 钢丝:3.3g/d）

–弹性模量为钢丝的2～3倍（530～880：275～280）

–密度为钢丝的1/5（1.45:7.85）

–20 ℃下仍保留有很高的强度(15 g/d)和模量 (300),

–-45℃具有室温下的韧性。

（2）Zylon纤维（PBO， 聚对苯撑苯并二恶唑）

Zylon纤维是强度和模量为对位芳纶两倍的新一代超性能纤维，其分界点温度比对位芳纶高100°C，极限氧指数为68，是有机纤维中最高的。该纤维目前有两种类型，一种为AS普通丝，一种为HM高模量，两者在模量、吸湿性等方面是不同的。

另外，还有聚苯并噻唑纤维（PBZ）等溶致型纤维。

3. 合成反应举例：利用接枝反应，将间隔基上带有活性基团的单体与线性高分子向连接，制备侧链聚合物液晶

答:我们可以先合成柔性高分子主链，然后将间隔基上带有活性集团的单体与高分子主

链连接。

例如：

+→

4. 液晶高分子材料的研究进展（制备与应用等）

液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和无规液态之间的一种中间相态，又称介晶相，是一种取向有序流体，既具有液体的易流动性，又有晶体的双折射等各向异性。1941年Kargin提出液晶态是聚合物体系中的一种普遍存在的状态，从此人们开始了对液晶聚合物的研究。然而其真正作为高强度、高模量的新型材料，是在低分子中引入高聚物，合成出液晶高分子后才成为可能的。这一重大成就首先归功于Flory，他在40多年前就预言刚棒状高分子能在临界浓度下形成溶致性液晶，并在当年得到了证实。到了20世纪70

年代， DuPont公司著名的纤维Kevlar的问世及其商品化，开创了液晶高分子(以下称LCP)研究的新纪元。

液晶高分子的合成可以是直接聚合法，例如采用端带有可聚合基团的间隔体的均聚反应生成刚性在侧链的侧链高分子液晶。或者利用接枝反应，将间隔体上带有活性基团的单体与线性高分子相连制成侧链聚合物液晶等合成方法，具体例子见上题。

高分子液晶可以应用在多个方面。（1）作为高强度高模量材料。例如kevlar纤维，它可用于防弹背心，飞机、火箭外壳材料和雷达天线罩等。（2）在图形显示方面的应用。液晶高分子在电场作用下从无序透明态到有序不透明态的性质使其可用于显示器件。用于显示的液晶高分子主要为侧链型，它既具有小分子液晶的回复特性和光电敏感性，又具有低于小分子液晶的取向松弛速率，同时具有良好的加工性能和机械强度。（3）液晶高分子在信息储存方面的应用。热熔型侧链液晶高分子通常用作信息储存材料。液晶高分子一般利用其热～光效应实现光存贮。通常采用聚硅氧烷、聚丙烯酸酯或聚酯侧链液晶，为了提高写入光的吸收效率，可在液晶高分子中溶进少许小分子染料或采用液晶和染料侧链共聚物。（4）功能液晶高分子膜。由液晶高分子制成的膜材料具有较强的选择渗透性，可用于气、液相体系组分的分离分析。如聚碳酸酯 (PC)与液晶EBBA制成的复合膜可用于气体分离。高分子一液晶一冠醚复合膜在紫外(360nm )和可见光 (460nm)照射下，钾离子(K )会发生可逆扩散，因此它可用于人工肾脏和环境保护工程。