聚丙烯酸联苯酯液晶高分子的合成和相态表征——推荐一个高分子化学与物理综合化学实验.pdf

第26卷第6期 大学化学 Vo1．26 No．6 2011年12月 UNIVERSITY CHEMISTRY Dee．2011 聚丙烯酸联苯酯液晶高分子的合成和相态表征 — — 推荐一个高分子化学与物理综合化学实验 陈小芳 关妍 (北京大学化学与分子工程学院 北京 100871) 摘要 介绍聚丙烯酸联苯酯的合成以及采用热分析、偏光显微镜、x射线衍射等方法进行聚合物液晶相 态表征的综合性实验方法。讨论了实验所得结果和合成与性能表征过程中的影响因素以及该实验在本科生 综合化学实验课中的教学效果。 关键词 液晶高分子 聚丙烯酸联苯酯 液晶相表征 液晶是有别于固、液、气三态的自然界物质存在的另一种状态，它既有类似晶体的各向异性，同时又 具备液体的流动性。液晶材料的性质除了与其化学结构有关，还与其使用时所处液晶相态有紧密联系。 如在室温具有向列相的小分子液晶材料，由于其黏度低，在电场下具有快速响应行为，已经成为目前最 常用的液晶显示材料 。液晶高分子 l3 是在一定条件下具有液晶态的高分子，它既能表现出液晶态 的各向异性，又有高分子的特性(如成膜性、可加工性等)，是一类重要的功能高分子材料。聚丙烯酸联 苯酯液晶高分子的合成和相态表征这个综合化学实验是2000年北京大学化学与分子工程学院开设综 合化学实验课时，由高分子系教师针对教学大纲要求设计的_4 J，经过多年的教学实践和改进，已日趋完 善和成熟。该实验充分结合了有机合成、聚合反应以及高分子凝聚态物理等不同学科领域的背景知识 和实验操作，通过该实验，学生可以学习如何进行液晶高分子的分子设计、合成并对其相结构和相变行 为进行表征，有助于加强本科生的综合实验能力，为研究材料结构与性能关系打下了基础，可以说这是 一 个值得在理工科院校推广的综合化学实验。 1 实验目的 (1)掌握液晶高分子单体的制备及提纯；(2)了解烯类单体自由基聚合方法，并掌握微量聚合的实 验技术与操作方法；(3)掌握液晶相结构的主要表征原理和方法，并深入理解液晶高分子结构与性能的 关系。 2 实验原理 常见液晶高分子的分子设计思路通常是在聚合物链中引入一些有助于液晶相出现的结构成分，如 通常称之为液晶基元的棒状或盘状的刚性结构。根据液晶基元在聚合物链上接入方式的不同，可分为 主链型液晶高分子，侧链型液晶高分子以及混合型液晶高分子等等。主链型液晶高分子的合成方法主 要是缩合聚合。侧链型液晶高分子包括大分子主链和含有液晶基元的侧链，其基本合成方法包括：(1) 通过高分子的化学反应将液晶基元侧链引入高分子中；(2)含液晶基元的单体聚合，包括加成聚合、缩 合聚合、开环聚合等各种成熟的聚合方法。与小分子液晶不同的是，聚合物中的液晶基元虽然对形成液 晶相起重要作用，但聚合物链的无规运动对液晶相的形成也有一定影响，有时甚至能够决定聚合物是否 能够呈现液晶相。聚合物的相对分子质量大小以及分布宽窄等因素也会影响液晶相的形成。 聚丙烯酸联苯酯 是一类化学结构非常简单的液晶高分子，可首先通过丙烯酰氯与联苯酚酯化得 到单体丙烯酸联苯酯，再由该单体通过自由基聚合得到 。反应式见图1。 液晶高分子的相态表征方法有很多种，常用的基本表征手段有偏光显微镜、热分析和X射线衍射 等。通常对聚合物的液晶相态的准确表征需要综合使用多种研究方法。在配有控温热台的偏光显微镜 第6期 陈小芳 等：聚丙烯酸联苯酯液晶高分子的合成和相态表征 53 O 瓣 。H斋 一 0。锄 AIBN CH厂 C=O 一 下，可通过直接观察聚合物样品在升降温过程中的双折射变化来判断聚合物的相变温度，通过观察聚合 物在液晶态下出现的一些特有的液晶织构，来推测可能的液晶态结构等。热分析法可给出聚合物的相 变温度和相变的热焓值等信息。当热分析曲线上出现多个相转变峰，或是降温过程具有较小的过冷时， 测试的样品有可能存在液晶态。但是必须注意聚合物的纯度、相对分子质量大小和分布，以及样品在升