Жидкокристаллические (ЖК) полимеры — это высокомолекулярные соединения, способные при определенных условиях (температуре, давлении, концентрации в растворе) переходить в ЖК-состояние, которое представляет собой равновесное фазовое состояние, занимающее промежуточное положение между аморфным и кристаллическим.
История открытия
Жидкие кристаллы были открыты в 1888г. Австрийским профессором ботаники Ф.Рейнитцером при исследовании синтезированного им нового вещества холестерилбензоата, являющегося сложным эфиром холестерина и бензойной кислоты.
а- с мезогенными группами в основной цепи
б- гребнеобразные жк-полимеры
Типы мезофаз
ЖК полимеры образуют такие структурные типы мезофаз как: нематики (N), смектики (S) и холестерики (Ch) с характерным для них расположением мезогенных фрагментов – наличием только ориентационного порядка в нематиках (а) и слоевого порядка в смектиках (б). В холестерической фазе, образуемой оптически активными полимерами, реализуется спиральная структура, определяющая особые оптические свойства холестериков(в).
Жидко-кристаллические полимеры
Если полимеры переходят в ЖК состояние или мезофазу в результате термического воздействия (нагревания или охлаждения), их называют термотропными ЖК полимерами, если ЖК фаза образуется при растворении полимеров в определенных растворителях, их называют лиотропными ЖК полимерами.
Жесткоцепные полимеры
Основными структурными единицами жесткоцепных полимеров линейного строения являются ароматические (чаще всего бензольные или нафталиновые ядра), или гетероциклические, фрагменты, соединенные коллинеарно друг с другом с помощью таких мостичных группировок, как, например:
Получение полимеров
Жесткоцепные полимеры, образующие лиотропные ЖК растворы получают методами поликонденсации или сополиконденсации одинаковых или разных бифункциональных производных. Примеры синтеза ароматического полиэфира полигидроксибензойной кислоты (I) и поли-n-фенилентерефтальамида (торговая марка “Кевлар”1) (II)
Получение полимеров
Более сложная реакция получения гетероциклического полимера – поли-n-фениленбензобисоксазола (ПБО) протекает при взаимодействии аминопроизводного резорцина с терефталевой кислотой
Жесткоцепные полимеры образуют лиотропные ЖК системы, в таких высокополярных растворителях, как серная и хлорсульфоновая кислоты.
Получение полимеров
Термотропные ЖК полимеры с мезогенными группами в основных цепях обычно получают:
а)путем поликонденсации различных бифункциональных соединений, состоящих из жестких (мезогенных) (1) и гибких (2) фрагментов
Наиболее эффективным вариантом методов а или б является использование в качестве одного из компонентов бифункционального соединения, выполняющего роль нарушителя линейного строения цепи. Примеры таких звеньев-нарушителей, имеющих объемные заместители (а), шарнирные атомы (б) и несимметричные группы (в), показаны ниже:
Получение полимеров
Гребнеобразные ЖК полимеров с боковыми мезогенными группами получают:
а)синтезом мономеров с ЖК (мезогенными) группами и их дальнейшей гомополимеризации или сополимеризации с мезогенными или немезогенными соединениями
б)присоединением молекул низкомолекулярных жидких кристаллов к полимерной цепи.
Во втором случае необходимо, чтобы вступающие в реакцию как полимер, так и мезогенные молекулы содержали функциональные группы (А и В), способные к взаимодействию.
В обоих случаях необходимо наличие развязки, разделяющей основные и боковые группы.
Получение полимеров
Примеры типичных стержнеобразных мезогенных групп показаны ниже:
Кроме того, мезогенные группы могут иметь и дискообразную форму. В качестве основных цепей макромолекул обычно используют полиакриловые, поливиниловые, полисилоксановые, в качестве гибких развязок – алифатические или оксиалифатические фрагменты.
Свойства жидкокристаллических полимеров
Низкая вязкость расплавов
Низкий термический коэффициент теплового расширения
Высокая огнестойкость
Высокие упругопрочностные свойства
Высокие трещиностойкость и ударная вязкость
Высокая деформационная устойчивость при нагреве
Химическая стойкость к агрессивным средам и растворителям
Низкое водопоглощение
Высокая устойчивость к УФ- и ионизирующим излучениям