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液晶的含义液晶的含义液晶的特征液晶的特征液液晶:
晶:
一种兼有晶体和液体部分性质的物质。
液晶态:
介于晶态和液态之间的一种热力学介于晶态和液态之间的一种热力学稳定的相态。
稳定的相态。
主要特征主要特征:
既类似于晶体,分子呈有序排列;
又类似于液体,有一定的流动性。
或描述为:
具有或描述为:
具有晶态的各向异性晶态的各向异性,又具有又具有液态的流动性液态的流动性。
液晶的结构类型液晶的结构类型根据分子排列的形式和有序性的不同,根据分子排列的形式和有序性的不同,液晶有三种结构类型:
液晶有三种结构类型:
近晶型近晶型向列型向列型胆甾型胆甾型
(1)近晶型液晶)近晶型液晶是所有液晶中是所有液晶中最接近结晶结构的一类最接近结晶结构的一类。
其其棒状分子棒状分子互相平行排列成互相平行排列成层状结构层状结构。
分子的长轴垂直于层状结构平面。
层内分子排列具有二维有序性。
近晶型近晶型
(1)近晶型液晶)近晶型液晶这些层状结构并不是严格刚性的,这些层状结构并不是严格刚性的,分子可在本层内运动,但不能来往于各层之间。
分子可在本层内运动,但不能来往于各层之间。
层状结构之间可以相互滑移,层状结构之间可以相互滑移,而垂直于层片方向的流动却很困难。
而垂直于层片方向的流动却很困难。
近晶型近晶型
(2)向列型液晶)向列型液晶棒状分子棒状分子只维持一维有序只维持一维有序。
它们互相平行排列,但重心排列则是无序的。
在外力作用下,在外力作用下,棒状分子容易沿流动方向取向,棒状分子容易沿流动方向取向,并可在取向方向互相穿越。
并可在取向方向互相穿越。
因此,向列型液晶的宏观因此,向列型液晶的宏观粘度一般都比较小,是三种结构粘度一般都比较小,是三种结构类型的液晶中流动性最好的一种。
类型的液晶中流动性最好的一种。
向列型向列型(3)胆甾型液晶)胆甾型液晶许多胆甾型液晶与胆甾醇的分子结构毫无关系。
许多胆甾型液晶与胆甾醇的分子结构毫无关系。
但都有但都有导致相同光学性能和其它特性的共同结构。
导致相同光学性能和其它特性的共同结构。
其分子是长而其分子是长而扁平扁平的。
的。
它们依靠端基的作用,它们依靠端基的作用,平行排列成层状结构,平行排列成层状结构,长轴与层片平面平行。
长轴与层片平面平行。
胆甾型胆甾型相邻两层间,分子长轴相邻两层间,分子长轴扭转扭转一定的角度,一定的角度,层层累加,成层层累加,成螺旋结构螺旋结构。
分子长轴扭转了分子长轴扭转了360后回到原来的方向。
后回到原来的方向。
两个取向相同的分子层之间的距离称为两个取向相同的分子层之间的距离称为螺距螺距,是表征胆甾型液晶的重要参数。
是表征胆甾型液晶的重要参数。
由于扭转分子层的作用,照射在其上的光将由于扭转分子层的作用,照射在其上的光将发生偏振旋转,使得发生偏振旋转,使得胆甾型液晶胆甾型液晶通常具有通常具有彩虹彩虹般的漂亮颜色,并有极高的般的漂亮颜色,并有极高的旋光旋光能力能力。
除上述除上述长棒型结构长棒型结构的液晶分子外,还有的液晶分子外,还有一类液晶是由一类液晶是由刚性部分刚性部分呈呈盘型的分子盘型的分子形成。
形成。
在形成的液晶中多个盘型结构叠在一起,在形成的液晶中多个盘型结构叠在一起,形成形成柱状结构柱状结构。
这些柱状结构再进行一定有序排列形成这些柱状结构再进行一定有序排列形成类似于近晶型液晶。
类似于近晶型液晶。
液晶的形成条件?
主要是主要是加热加热和和溶解溶解。
热致性热致性液晶和液晶和溶致性溶致性液晶两大类。
液晶两大类。
热致性热致性液晶液晶是依靠温度的变化,在某一温是依靠温度的变化,在某一温度范围形成的液晶态物质。
度范围形成的液晶态物质。
液晶态物质从液晶态物质从浑浊浑浊的各向异性的液体的各向异性的液体转变转变为为透明透明的各向同性的液体的各向同性的液体的温度称为的温度称为清亮点清亮点。
不同的物质,其清亮点的高低和熔点至不同的物质,其清亮点的高低和熔点至清亮点之间的温度范围是不同的。
清亮点之间的温度范围是不同的。
溶致性溶致性液晶则是依靠溶剂的溶解分散,液晶则是依靠溶剂的溶解分散,在一定在一定浓度范围浓度范围形成的液晶态物质形成的液晶态物质。
此外,还发现了在外力场(压力、流动场、电此外,还发现了在外力场(压力、流动场、电场、磁场和光场等)作用下形成的液晶。
场、磁场和光场等)作用下形成的液晶。
例如,聚乙烯在某一例如,聚乙烯在某一压力压力下可出现液晶态,是下可出现液晶态,是一种一种压致型液晶压致型液晶。
聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肼在施加聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肼在施加流动场后流动场后可呈现液晶态,因此属于可呈现液晶态,因此属于流致型液晶流致型液晶。
能形成液晶物质的能形成液晶物质的分子结构特征?
分子结构特征?
胆甾醇苯甲酸酯胆甾醇苯甲酸酯分子结构特征:
分子结构特征:
刚性的分子结构刚性的分子结构。
导致液晶形成的导致液晶形成的刚性结构部分刚性结构部分称为称为致晶单元致晶单元。
分子的长度和宽度的比例分子的长度和宽度的比例Rl,呈棒状或近似棒状的构象。
呈棒状或近似棒状的构象。
在液态下能维持分子的某种在液态下能维持分子的某种有序排列所必需的有序排列所必需的凝聚力凝聚力。
这种凝聚力通常是与结构中的这种凝聚力通常是与结构中的强极性基团、强极性基团、高度可极化基团、氢键高度可极化基团、氢键等相联系的。
等相联系的。
高分子液晶的分子结构特征高分子液晶的分子结构特征在高分子液晶中,在高分子液晶中,致晶单元致晶单元被被柔性链柔性链以各种方式以各种方式连接连接在一起。
在一起。
致晶单元致晶单元通常由通常由苯环、脂肪环、芳香杂环苯环、脂肪环、芳香杂环等等通过一通过一刚性连接单元刚性连接单元连接组成。
连接组成。
构成这个刚性构成这个刚性连接单元连接单元常见的化学结构包括常见的化学结构包括亚亚氨氨基(基(CN)反式偶氮基(反式偶氮基(NN)氧氧化化偶偶氮(氮(NON)酯酯基(基(COO)反式乙烯基(反式乙烯基(CC)等。
)等。
在在致晶单元致晶单元的的端部端部通常还有一个柔软的基团通常还有一个柔软的基团R,R对液晶具有一定对液晶具有一定稳定作用稳定作用,因此也是构成液晶分子不可缺少的结构因素。
因此也是构成液晶分子不可缺少的结构因素。
常见的基团常见的基团R包括:
包括:
R、OR、COOR、CN、OOCR、COR、CH=CHCOOR、Cl、Br、NO2等。
等。
致晶单元致晶单元与与高分子的连接方式高分子的连接方式?
致晶致晶单元与高分子元与高分子链的的连接方式接方式液晶液晶类型型结构形式构形式名称名称主主链型型纵向性向性垂直型垂直型星星型型盘型型混合型混合型支链型支链型多多盘型型树枝型枝型致晶致晶单元与高分子元与高分子链的的连接方式接方式侧链型型梳梳型型多重梳型多重梳型盘梳型梳型腰接型腰接型结合型合型网网型型致晶致晶单元与高分子元与高分子链的的连接方式接方式高分子液晶的合成高分子液晶的合成主链型高分子液晶的合成主链型高分子液晶的合成溶致性高分子液晶溶致性高分子液晶主链型溶致性高分子液晶的结构特征是主链型溶致性高分子液晶的结构特征是致晶单元致晶单元位于高分子骨架的位于高分子骨架的主链上主链上。
形成溶致性高分子液晶的分子结构形成溶致性高分子液晶的分子结构必须符合两个条件:
必须符合两个条件:
分子应具有足够的刚性;
分子必须有相当的溶解性分子必须有相当的溶解性。
然而,刚性越好的分子,溶解性往往越差。
这是溶致性高分子液晶研究和开发的困难所在。
目前,这类高分子液晶主要有目前,这类高分子液晶主要有芳香族聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚酰胺酰肼、聚苯并噻唑、纤维素类聚酰胺酰肼、聚苯并噻唑、纤维素类等品种。
等品种。
(1)芳香族聚酰胺)芳香族聚酰胺这类是最早开发并得到应用的一类高分子这类是最早开发并得到应用的一类高分子液晶材料,有较多品种,其中最重要的是:
液晶材料,有较多品种,其中最重要的是:
聚对苯酰胺(聚对苯酰胺(PBA)聚对苯二甲酰对苯二胺(聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)。
聚对苯酰胺(聚对苯酰胺(PBA)聚对苯二甲酰对苯二胺聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)用这种方法制得的用这种方法制得的PBA溶液可直接用于纺丝。
溶液可直接用于纺丝。
1)聚对苯酰胺)聚对苯酰胺(PBA)的合成的合成路线路线:
从从对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸出发,经酰氯化和成盐反应,出发,经酰氯化和成盐反应,然后缩聚反应形成然后缩聚反应形成PBA,以,以甲酰胺甲酰胺为溶剂。
为溶剂。
路线路线:
对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸在在磷酸三苯酯磷酸三苯酯和和吡啶吡啶催化下的直接缩聚。
催化下的直接缩聚。
二甲基乙酰胺(二甲基乙酰胺(DMA)为溶剂,)为溶剂,LiCl为增溶剂。
为增溶剂。
此合成的产品不能直接用于纺丝,必须经过沉淀、此合成的产品不能直接用于纺丝,必须经过沉淀、分离、洗涤、干燥后,再用甲酰胺配成纺丝液。
分离、洗涤、干燥后,再用甲酰胺配成纺丝液。
PBA属于向列型液晶。
用它纺成的纤维称为属于向列型液晶。
用它纺成的纤维称为B纤维,具有很高的强度,可用作轮胎帘子线等。
纤维,具有很高的强度,可用作轮胎帘子线等。
2)聚对苯二甲酰对苯二胺()聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)的合成)的合成单体:
单体:
对苯二甲酰氯对苯二甲酰氯和和对苯二胺;
对苯二胺;
溶剂:
六甲基磷酰胺(六甲基磷酰胺(HTP)和)和N-甲基吡咯烷酮甲基吡咯烷酮(NMP)混合液混合液聚合方法:
低温溶液缩聚。
聚合方法:
PPTA具有刚性很强的直链结构,分子间又有具有刚性很强的直链结构,分子间又有很强的氢健,因此只能溶于浓硫酸中。
用它纺成的很强的氢健,因此只能溶于浓硫酸中。
用它纺成的纤维称为纤维称为Kevlar纤维,比强度优于玻璃纤维。
纤维,比强度优于玻璃纤维。
在我国,在我国,PBA纤维和纤维和PPTA纤维分别称为芳纶纤维分别称为芳纶14和芳纶和芳纶1414。
PBAPPTA
(2)芳香族聚酰胺酰肼)芳香族聚酰胺酰肼典型代表如典型代表如PABH(对苯二甲酰氯与对氨基苯甲对苯二甲酰氯与对氨基苯甲酰肼酰肼的缩聚物的缩聚物),可用于制备高强度高模量的纤维。
,可用于制备高强度高模量的纤维。
PABHPABH的分子链中的的分子链中的NN键易于内旋转,因键易于内旋转,因此,分子链
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