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本论文首先对液晶聚合物、嵌段共聚物以及高分子刷的研究进展进行了综述,然后分四章介绍了在新型液晶聚合物、共聚物的设计、合成及结构与性能间关系研究方面的结果。
设计并合成了以柔性叉链烷氧基为取代基末端基的2,5-二(烷氧羰基)苯乙烯单体及其均聚物,根据末端基的化学结构分为两个系列:第一个系列是戊氧基取代基;第二个系列是“燕尾”型对称的烷氧基取代基。聚合物均具有较高的热稳定性;对于第一个系列,随着侧基上甲基取代位置的远离酯键,聚合物的玻璃化转变温度(Tg)和进入液晶相温度(TLC)逐渐下降,然而,液晶相有序结构的尺度(d值)却逐渐增加,如果增大末端基α位取代基的体积或者增加取代基的个数,玻璃化温度会大大提高;对于第二个系列,随着侧基尺寸的增大,d值逐渐增加,而Tg和TLC大幅度降低。虽然单体均不具有液晶性,但是所有聚合物在Tg以上首先进入各向同性相,而后都能形成稳定的六方柱状相。
设计合成了一系列聚甲基丙烯酸异丁酯(PiBMA)-b-聚[2,5-二(1-甲基乙氧羰基)苯乙烯](PiPCS)二嵌段共聚物。PiPCS为甲壳型液晶聚合物,其在玻璃化转变温度(Tg)88℃以上,进入到一个各向同性相,而后于160℃发育出液晶相;PiBMA是非液晶聚合物,其Tg低于PiPCS的Tg。所以,在88-160℃区间,该共聚物与无定形线团一线团型嵌段共聚物相似,伴随PiPCS含量增加,微相分离结构存在由未确定相—层状相—PiBMA柱状相的转变;对于PiPCS聚合度大于等于168的二嵌段共聚物,其在160℃进入液晶相,共聚物可看为线团—刚棒型液晶嵌段共聚物。伴随PiPCS液晶相的形成,嵌段共聚物分别存在着未确定相—层状相、层状相—层状相、PiBMA柱状相—层状相的转变。并且,PiPCS在层内形成有序的六方柱状相。
采用原子转移自由基聚合(ATRP)方法合成了一系列以聚溴异丁酰氧乙基甲基丙烯酸酯(PBIEM)为柔性主链,聚[2,5-二(4’-甲氧基苯氧羰基)苯乙烯](PMPCS)为刚性侧链,结构规整并且窄分子量分布的新型接枝共聚物,接枝率约为50%。对所合成接枝共聚物液晶性质研究发现,其液晶性具有分子量依赖性,当接枝共聚物Mn,GPC≥196000 g mol-1(侧链PMPCS的聚合度DP=35)时,接枝共聚物就具有稳定的六方柱状向列相,支化点的增加有利于液晶相的形成(注:PMPCS均聚物形成稳定液晶相DP≥56)。接枝共聚物在液晶相形成前后都不存在相分离,PBIEM均匀的分散在PMPCS中。
设计、合成了双功能单体2,2,6,6-四甲基哌啶氧基甲基对苯二甲酰氯盐酸盐(III),其既可以引发烯类单体进行氮氧自由基调控的活性自由基聚合(NMP),又可以与二氨或二醇进行缩合聚合反应。III和对苯二甲酰氯与等当量的对苯二胺通过逐步聚合反应合成了含有不同数量引发位点的大分子引发剂聚对苯二甲酰对苯二胺(CPPTA),进一步引发苯乙烯的NMP反应,制备了以聚对苯二甲酰对苯二胺为主链、不同长度聚苯乙烯(PS)为侧链的新型接枝共聚物(I-n)。研究发现CPPTA热分解出现的三个阶梯是2,2,6,6-四甲基哌啶氧的解离和CPPTA主链断裂造成的;通过增加III在主链中的含量或者I-n中PS的长度可以大大提高CPPTA和I-n的溶解性,但是CPPTA和I-n的结晶性急剧降低甚至消失。