无柔性间隔基侧链液晶高分子的设计合成及其性质研究

A series of side-chain liquid crystalline polymers (SCLCPs) with rod-like or disc-like mesogens directly attached to backbone without spacers will be designed and synthesized. The phase structures, phase transitions and properties of the polymers will be investigated. Through changing the chemical structures of backbones, mesogenic units and terminal groups, the phase behavior and the chain conformation of the SCLCPs without spacers can be tailored. On the basic of the coupling between the side-chains and polymer backbone, the SCLCPs without spacers can self-organize into the stable liquid crystalline phases. Meanwhile, the polymer backbone will be extended. Taking advantage of the properties of mesogens under external field (optical, electrical and magnetic) and the main chain under the external force, the SCLCPs without spacers should form long-range ordered state under external stimuli, which will be useful to prepare for the function liquid crystalline polymers materials.

本课题拟设计合成一系列含刚性棒状液晶基元的无柔性间隔基尾接型侧链液晶高分子或含盘状液晶基元的无柔性间隔基侧链液晶高分子，对其液晶相结构、相转变行为和性质进行研究。通过对主链、液晶基元和末端基的合理组合实现对无柔性间隔基侧链液晶高分子液晶相结构和相行为及主链刚柔性的调控。合理利用侧链液晶高分子主链和液晶基元之间的"偶合"作用，获得液晶相稳定性和主链刚性的双赢，统筹液晶基元对外场（光、电、磁）及主链对外力的敏感性，进而借助外场或外力作用，实现侧链液晶高分子液晶基元的长程有序排列，为制备功能性液晶高分子材料提供理论基础。

回顾对侧链型液晶高分子的研究，我们发现前人的工作过于强调主链和液晶基元的“去耦合”作用。为了减少主链和液晶基元的“耦合”作用，科学家在设计侧链型液晶高分子时常在主链和液晶基元间插入较长的柔性间隔基。事实上柔性间隔基的存在并不一定是一件好事，相反随着柔性间隔基的减短甚至取消，侧链型液晶基元的有序性更稳定，主链的刚性更大，更有利于外力取向，这些都是作为一种优良材料所希望的。因此设计合成无柔性间隔基侧链型液晶高分子，探究其化学结构对其相结构和相行为的影响并探索无柔性间隔基侧链型液晶高分子新的应用都具有重大的科学意义。. 本课题研究内容主要为以下三个方面：一、含联苯棒状液晶基元的无柔性间隔基侧链型液晶高分子的合成及性能研究。研究结果表明，无柔性间隔基侧链型液晶高分子比有柔性间隔基侧链型液晶高分子具有更高的玻璃化温度和清亮点，同时发现主链结构、分子量、末端基种类和长度都对无柔性间隔基侧链型液晶高分子的相结构具有很大的影响；二、含苯并菲盘状液晶基元的无柔性间隔基侧链型液晶高分子的合成及性能研究。研究结果表明，聚合物液晶相的稳定性随柔性间隔基长度的增加而降低，主链结构、分子量、末端基种类和长度都对无柔性间隔基侧链型液晶高分子的相结构具有很大的影响；三、以含联苯液晶基元的侧链型液晶聚合物为凝胶因子制备了具有优异性能的定形相变材料和聚合物有机凝胶材料。研究结果表明，无柔性间隔基侧链型液晶高分子制备的定形相变材料及聚合物有机凝胶材料的热稳定性和机械稳定性较有柔性间隔基都大大提高。. 通过本课题的研究，对侧链液晶高分子主链和液晶基元的“耦合”作用有一个合理的选择，为新型侧链型液晶高分子的合成，特别是新型功能性液晶高分子材料的制备提供理论基础。同时本课题创造性的将侧链型液晶高分子作为凝胶因子制备定形相变材料及聚合物有机凝胶材料，这也为侧链型液晶聚合物的应用提供了良好的实践典范。