基于香蕉形液晶的多重刺激响应液晶弹性体研究

液晶弹性体(liquid crystalline elastomer, LCE)是指非交联型的液晶聚合物经过适度交联，在液晶态或各向同性态显示弹性的聚合物材料。本项目计划结合香蕉形液晶化合物和液晶弹性体的性质，从分子结构出发设计并合成新的多功能液晶弹性体，使其在多种外力场下更有利于实现刺激响应。项目中将合成多种可聚合的香蕉形液晶单体，它们都具有铁电或反铁电的B2相（即手性SmC相）液晶态，并且结构中含有光敏性偶氮苯基团。以此为基础，制备无规共聚型和RNR型三嵌段香蕉形液晶弹性体。研究聚合物网络对香蕉形液晶基元手性超分子结构的影响，同时研究香蕉形液晶弹性体在光、电、热、压力等不同外力场下的取向行为和刺激响应性行为，揭示取向行为、分子结构对弹性体多重刺激响应行为的影响。

香蕉形液晶化合物具有许多特殊的物理性质，如铁电/反铁电性、自发极化、手性超分子结构的形成等。另一方面，芳香族偶氮聚合物具有光致异构、光致变色、非线性光学等特性。将偶氮基团引人到香蕉形液晶分子中，并通过一定的聚合方法合成含偶氮基团的香蕉形液晶高分子，有望得到一类具有特殊光电性能的新型材料。. 本项目首先合成了一系列含可聚合基团的以间氨基苯甲酸作为中心弯曲核，以偶氮基、亚胺基团等作为连接基团的香蕉形液晶化合物，发现体积较大的丙烯酸酯基团的引入使液晶基元的液晶性消失，而体积较小的乙烯基的引入使化合物保持液晶性。之后，分别通过普通自由基聚合和硅氢加成反应得到以聚丙烯酸酯为主链的间隔基长度不同侧链型香蕉形液晶聚合物、以聚硅氧烷为主链的侧链型香蕉形液晶聚合物和含硅氧烷的主链型香蕉形液晶聚合物。通过液晶相行为、光响应特性研究发现，以聚丙烯酸酯为主链的侧链型香蕉形液晶聚合物形成了双分子层的SmC相，并随着柔性间隔基长度的增加，相转变温度降低，液晶温度区间变宽；而含有硅氧烷的液晶聚合物，虽然拓扑结构不同，但是都形成了单分子层的近晶相。所有的香蕉形液晶聚合物在紫外光照后，吸收光谱的变化趋势与单体相似，说明聚合物都保持了偶氮化合物的光致异构性质，但与单体相比，聚合物的紫外吸收峰红移，光致异构响应时间变慢。. 通过硅氢加成反应，合成了具有交联结构的聚硅氧烷香蕉形液晶弹性体。通过紫外光照射考察了薄膜的光致形变效应，说明液晶弹性体薄膜具有光响应特性。. 为了避免C=N双键所带来的化学不稳定性，因此在后续工作中合成了以联苯结构作为弯曲中心，双臂都含有偶氮基团的双偶氮型香蕉形液晶化合物。通过普通自由基聚合或可控自由基聚合都可以得到以聚甲基丙烯酸酯为主链的侧链型香蕉形液晶聚合物PMazo。该聚合物具有双分子层的SmC相和SmX相，然而其对紫外光的响应速度明显慢于前面提到的单偶氮型香蕉形液晶聚合物。. 最后合成了两嵌段共聚物PnBA-b-PMazo，并用GPC、HNMR、FTIR对其结构进行了表征，得到的产物分子量分布较窄，分子量逐渐增大。其相行为、外场响应等行为将进一步研究。.