第 2 章聚合物的凝聚态结构

液晶态 (Liquid Crystal)

高分子合金 (Polymer Alloy)

2.4 液晶态结构 Liquid Crystal

液晶态是物质的一种存在形态 , 它具有晶体的光学各向异性 , 又具有液体的流动性质 , 又称之为介晶态

2.4.1 液晶聚合物的结构与性能

一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后，表观上虽然变成了具有流动性的液体物质，但结构上仍然保持着晶体结构特有的一维或二维有序排列，形成一种兼有部分晶体和液体性质的过渡状态，这种中间状态称为液晶态。其所处状态的物质称为液晶。

液晶有小分子液晶和高分子液晶 , 液晶高分子具有高强度、高模量、高流动性

2.4.2 液晶的发展历史

1888 年 , 奥地利植物学家 F. Reinitzer 观察到胆甾醇酯具有双熔点现象 , 而且从升温和降温到这两个熔点之间呈现出不同的光学各向异性

德国物理学家 O. Lehmann 对其进行深入研究 , 并发明了光学显微镜热台和偏光显微镜 , 初步阐明了其结构变化 .

1960’s ，美国杜邦公司 (Du Pont’s) 先后推出了 PBA ( 聚苯甲酰胺 ) 及 Kevelar 纤维 (PPTA, 聚对苯二甲酰对苯二胺 ) ，标志了液晶研究的工业化发展的开始

Pierre-Gilles de Gennes (1932-

The Nobel Prize in Physics 1991

"for discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalized to more complex forms of matter, in particular to liquid crystals and polymers"

France

2.4.3 液晶的化学结构与分类

不论高分子还是小分子液晶，形成有序流体都必须具备一定条件，从结构上讲，称其为液晶基元

液晶基元包括棒状 ( 条状 ) 、盘状或双亲性分子 棒状 ( 或条状 ) 长径比大于 4

盘状 轴比小于 1/4

双亲性分子 有特殊的相互作用力

CH3 O CH N C4H9

MBBA C22oN47oI

2.5nm

0.5nm

5CB C18oN36oI

C5H11 CN

2nm

R R

R

R

R

R

R =

H2n+1Cn COO

H2n+1Cn O

H2n+1Cn O COO

H2n+1Cn COO

描述液晶有序性——序参数 S

液晶分子具有沿某一方向的取向，这个方向一般称为指向矢 n

213cos 1

2S

液晶的分类 按液晶基元所在位置分：

主链液晶 侧链液晶 主侧链液晶

按液晶形成的条件分类

溶致液晶： 液晶物质溶于溶剂所得到的液晶 核酸，蛋白质，芳族聚酰胺 PBT, PPTA (Ke

vlar) 和聚芳杂环 PBZT, PBO 热致液晶：

液晶物质加热熔融形成的液晶 共聚酯， 聚芳酯 Xydar, Vector, Rodrum

按液晶核的排列分类

棒状 向列相 N ：只有方向序无位置序 近晶 A 相 SA ：有位置序和方向序 近晶 C 相 SC ：有位置序和方向序且既有

层面的法向方向又有晶核的共分方向 盘状

向列相 (Discotic N) DN 柱相

向列相 (nematic)

只有方向序，没有位置序

近晶 A 相 (smectic)

有位置序和方向序，但在层内无序

近晶 C 相

有位置序和方向序，但方向矢与位置矢有夹角

盘状

2.4.4 液晶的应用

液晶原位增强聚合 液晶显示 LCD- Liquid crystal display

液晶纺丝： 在低牵伸倍数下获得高度取向、高性能纤维

照相机快门板 接插件 耳机部件

2.5 高分子合金的织态结构

高分子合金又称多组分聚合物，在该体系中存在两种或两种以上不同的聚合物，不论组分是否以化学键相连接 聚合物共混物 (blend):

PVC+CPE, PP+SBS, PP+EPPM etc. 嵌段共聚物 (block copolymer): SBS, SAN 接枝共聚物 (graft copolymer): ABS 互穿网络 IPN – Interpenetrating network

高分子合金的相容性

Compatibility and Miscibility G H – TS 增容作用 相容性的表征

共溶剂法 透明性 分散相形态 (TEM, SEM) 玻璃化温度 Tg

高分子合金的形态

高分子合金的结构与性能

尼龙 6/聚丙烯 分散相尺寸几个甚至十几个 m

乙烯 -丙烯 -丁二烯三元共聚物 (EPDM)弹性体 /聚丙烯 当分散相尺寸在 0.2～ 0.5m范围内时，可使 PP在 -20℃和 -40℃的无缺口抗冲强度分别提高 13和 17倍

SBS 可发生相分离，球状微区的尺寸大致在几个和几十个 nm范围内，称之为微相分离。聚合物中苯乙烯嵌段均匀地分布于丁二烯嵌段中，起到物理交联点的作用，它是一种优良的“ ”热塑性弹性体