甲壳型液晶高分子成纤过程中多级结构控制与纤维性能研究

本研究基于甲壳型液晶高分子独特的结构特性，改进合成技术、提高PBPCS分子量，设计合成侧基含酰胺键等极性基团的新型甲壳型液晶高分子；系统研究甲壳型液晶高分子纤维中大分子的化学结构、分子链尺寸、分子链构象、聚集态结构和织态结构等多级结构与纤维性能的关系、揭示甲壳型液晶高分子纤维具有形状记忆效应的内在机理，建立相关理论模型；并通过适当的纺丝和后加工技术，充分利用甲壳型液晶高分子能形成超分子柱状结构液晶相的特点，有效控制纤维中大分子的多级结构，获取具有优良物理机械性能和形状记忆效应的纤维材料,发明具有自主知识产权的实用技术。该研究不仅可为将来制备新型功能纤维奠定理论和技术基础，还可进一步丰富对甲壳型液晶高分子液晶相形成机理的认知，深入认识物质结构与性能的关系。

采用传统的自由基聚合设计合成了一系列侧基含芳酰胺键的新型甲壳型液晶高分子聚[乙烯基对苯二甲酸二(4-烷氧基苯胺)](PMPCAS），并研究了其分子结构和聚合物基本性能之间的关系。X衍射和偏光显微镜研究的结果表明：该系列甲壳型液晶高分子的液晶相结构取决于侧链上烷基尾链的长度，烷基尾链为甲氧基时可形成柱状液晶相，当烷基尾链上碳原子数大于或等于4时，可以形成稳定的近晶A相。变温红外和二维红外光谱分析表明：氢键在甲壳型液晶高分子侧基上的引入有助于近晶相的形成和稳定。. 进一步将甲壳型液晶高分子液晶基元两端的柔性链替换为磺酸基团，设计和合成了中心桥键为酰胺键和酯键的甲壳型聚电解质PSPAS和PSPCS，并将其与具有不同长度或不同形状碳链的阳离子表面活性剂复合，制备出聚电解质/表面活性剂离子键复合物。X衍射研究结果表明，这两类甲壳型聚电解质均可形成近晶A相，但其与表面活性剂形成的复合物的结构取决于表面活性剂分子上碳链的长度和形状，聚电解质与三甲基十二烷基溴化铵复合时，复合物排列地不够规整或处于无定形状态，与三甲基十六烷基溴化铵或扇形的3,4,5-三烷氧基苯胺复合时均形成有序的层状结构。PSPAS和PSPCS以及它们与表面活性剂所形成的两个系列的复合物的有序结构并未因两个聚电解质侧基中心桥键的不同而不同，主要是因为静电力起着主导作用。