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1、液晶高分子液晶高分子组员液晶高分子的定液晶高分子的定义液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和无规液态之间的一种中间相态,又称介晶相 是一种取向有序流体,既具有液体的易流动性,又有晶体的双折射等各向异性的特征。液晶高分子则是在一定条件下能以液晶形态存在的高分子。液晶高分子的液晶高分子的发展史展史LCP的发现与发明时期的发现与发明时期人们发现最早和研究较多的是天然或生物高分子液晶对合成LCP 的研究可能始于1960年，最引人注目的是的合成LCP是芳香族聚酰胺，特别是它的液晶纺丝技术的发明及高性能纤维的问世，大大刺激了LCP的发展及工业化。LCP的飞速发展时期的飞速发展时期高性能的热致LC
2、P的大量涌现与广泛研究是七十年代LCP飞速发展的标志，在此LCP飞速发展的时期，人们进一步丰富和发展了LCP的内容，奠定了LCP的理论与工业化基础，致使近年来的LCP研究与开发更加蒸蒸日上。LCP的工业化与深入研究时期的工业化与深入研究时期80年代以来，LCP进入蓬勃发展时期。1972年，Du Pont公司实现了Kevlar工业化生产1981年，Carbide公司实现了液晶沥青碳纤维的工业化生产1984年，Dartco公司投产量热Xydar自增强塑料1985年，Celanese公司推出了易加工的Vectra系列产品1986年，Eastman和住友化学公司等相继开发了低成本的X7G和Ekonol
3、 LCP LCP在复合材料、功能材料和电光材料的开发，疾病诊断与治疗及生命科学的研究方面也取得了重大进展。LCP材料的工业化与广泛应用正在引起传统材料工业的革命。液晶高分子的分液晶高分子的分类1.按液晶的形成条件，可分为溶致性液晶、热致性液晶、压致型液晶、流致型液晶等等。2.按致晶单元与高分子的连接方式，可分为主链型液晶和侧链型液晶。主链型液晶和侧链型液晶中根据致晶单元的连接方式不同又有许多种类型。3.按形成高分子液晶的单体结构，可分为两亲型和非两亲型两类。两亲型单体是指兼具亲水和亲油（亲有机溶剂）作用的分子。非两亲型单体则是一些几何形状不对称的刚性或半刚性的棒状或盘状分子。4.按分子排列的形
4、式和有序性分：近晶型、向列型、胆甾型。液晶高分子的液晶高分子的结构构致晶单元+高分子链u主链型液晶大多数为高强度、高模量材料u侧链型液晶大多数为功能性材料液晶高分子的制液晶高分子的制备方法方法主链高分子液晶的问题主链高分子液晶的问题 熔融温度过高，溶解性熔融温度过高，溶解性较较解决解决方法方法(分子设计分子设计)（1）共聚（降低分子间作用力；降低规整度）共聚（降低分子间作用力；降低规整度）（2）在聚合物刚性连中引入柔性段）在聚合物刚性连中引入柔性段（3）聚合单体之间进行非线性连接）聚合单体之间进行非线性连接基本思路：利用共聚的方法降低熔融温度或增加溶解性基本思路：利用共聚的方法降低熔融温度或增
5、加溶解性（1）共聚共聚（2）在聚合物刚性连中引入柔性）在聚合物刚性连中引入柔性段段 原理：增加分子链的热运动能力从原理：增加分子链的热运动能力从而降低聚而降低聚 合物的熔点合物的熔点A、采用多环芳烃替代苯以增大单体的横向尺寸、采用多环芳烃替代苯以增大单体的横向尺寸B、在苯环的侧面引入大取代基、在苯环的侧面引入大取代基（3）聚合单体之间进行非线性连接）聚合单体之间进行非线性连接 原理：降低聚合物规整度，减小分子间原理：降低聚合物规整度，减小分子间力力下面以主链型溶致性高分子液晶的合成为例主主链型溶致性高分子液晶的合成型溶致性高分子液晶的合成 主链主链型溶致性高分子液晶主要有以下几类型溶致性高分子
6、液晶主要有以下几类：（1）芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺（2）聚酰胺酰阱）聚酰胺酰阱（3）聚苯并噻唑）聚苯并噻唑（4）纤维素类）纤维素类主链型溶致性高分子液晶主要应用在高强度、主链型溶致性高分子液晶主要应用在高强度、高模量纤维和薄膜的制备方面高模量纤维和薄膜的制备方面（1）芳香族聚酰胺）芳香族聚酰胺 这这类高分子液晶是最早开发成功并付诸于应类高分子液晶是最早开发成功并付诸于应用的一类高分子液晶材料，有较多品种，其用的一类高分子液晶材料，有较多品种，其中最重要的是中最重要的是聚对苯酰胺（聚对苯酰胺（PBA）和和聚对苯聚对苯二甲酰对苯二胺（二甲酰对苯二胺（PPTA）。对对氨基苯甲酸氨基苯甲酸在在磷酸三苯
7、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。其中其中，二甲基乙酰胺（，二甲基乙酰胺（DMA）为溶剂，）为溶剂，LiCl增溶剂增溶剂。这条路线合成的产品不能直接。这条路线合成的产品不能直接用于用于纺丝纺丝，必须经过沉淀、分离、洗涤、干燥后，必须经过沉淀、分离、洗涤、干燥后，再用甲酰胺配成纺丝液再用甲酰胺配成纺丝液。PBA属于向列型液属于向列型液晶。用它纺成的纤维称为晶。用它纺成的纤维称为B纤维，具有很高的纤维，具有很高的强度，可用作轮胎帘子线等。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。PPTA是以六甲基磷酰胺（HTP
8、）和N 甲基吡咯烷酮(NMP)混合液为溶剂，对苯二甲酰氯和对苯二胺为单体进行低温溶液缩聚而成。（2）芳香族聚酰胺酰肼）芳香族聚酰胺酰肼 芳香族芳香族聚酰胺酰肼是由美国孟山聚酰胺酰肼是由美国孟山(Monsanto)公公司于上一世纪司于上一世纪70年代初开发成功的。典型代年代初开发成功的。典型代表表PABH(对氨基苯甲酰肼与对苯二甲酰氯对氨基苯甲酰肼与对苯二甲酰氯的的缩聚物缩聚物)，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。（3）聚苯并噻唑类和聚苯并噁唑类）聚苯并噻唑类和聚苯并噁唑类这这是一类杂环高分子液晶，分子结构为杂环连是一类杂环高分子液晶，分子结构为杂环连接的刚性链，具有
9、特别高的模量。代表物如接的刚性链，具有特别高的模量。代表物如聚聚双苯双苯并噻唑苯（并噻唑苯（PBT）和和聚苯并噁唑苯（聚苯并噁唑苯（PBO），用它用它们制成的纤维，模量高达们制成的纤维，模量高达7602650MPa。（4）纤维素液晶）纤维素液晶 纤维素液晶均属胆甾型液晶纤维素液晶均属胆甾型液晶。当纤维素中葡。当纤维素中葡萄糖萄糖单元上单元上的羟基被羟丙基取代后，呈现出的羟基被羟丙基取代后，呈现出很大的刚性。羟丙基很大的刚性。羟丙基纤维素纤维素溶液当达到一定溶液当达到一定浓度时，就显示出液晶性。浓度时，就显示出液晶性。羟丙基纤维素是用环氧丙烷以碱作催化剂对羟丙基纤维素是用环氧丙烷以碱作催化剂对纤
10、维素纤维素醚化醚化而成。其结构如图所示：而成。其结构如图所示：高分子液晶的高分子液晶的应用用领域域 液晶高分子由于其区别于其他高分子材料的流变性能、各向异性以及良好的热稳定性、优异的介电、光学和机械性能，以及它的抗化学试剂能力、低燃烧性和极好的尺寸稳定性，在诸多领域日益受到重视，获得了越来越广泛的应用。1.液晶显示器液晶显示器液晶显示技术，是应用向列型液晶的灵敏的电响应特性和优秀的光学特性。把透明的向列型液晶薄膜夹在两块导电的玻璃板之间，在施加适当电压的点上变得不透明，因此当电压以某种图形的形式加到液晶薄膜上就产生了图像。液晶显示器件最大的优点在于耗电低，可以实现微型化和超薄化。与小分子液晶材
11、料相比，液晶高分子在图形显示方面的应用前景在于利用其优点开发大面积、平面、超薄型、直接沉积在控制电极表面的显示器，具有相当大的优势。2.高强高模材料高强高模材料 高强高模材料包括主链型溶致和热致LCP两大类。溶致LCP材料制造纤维和薄膜，主要是聚芳酰胺如 PPTA和杂环高分子如 PBZT和 PBO。热致 LCP制造模塑制品、纤维、薄膜、涂料、粘合剂，芳香共聚酯为主，此外还有聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯酰胺等。溶溶致致LCP液晶高分子高度取向排列，分子链间堆积紧密，主链大分子间作用力大，分子运动困难，因此热变形温度高，耐热性能好。溶致液晶高分子材料可以用在很多方面，例如可以用作制造飞机的原料
12、，制造军用防弹背心的原料，也可以用于制造火箭发动机外壳和导弹壳体，直升飞机和雷达天线罩，供热系统，潜水装置，海底电缆等很多领域。热致热致LCP应用领域：（1）电子电器领域。（2）军用器械和航空航天领域。（3）汽车和机械工业领域。（4）光纤通讯领域。（5）化工设备和装置。LCP特别是热致性主链液晶具有高模高强等优异的机械性能，因此特别适用于高性能工程材料。比如作为优异的表面链接材料将电子元器件直接固定到印刷线路板表面。3.液晶高分子复合材料液晶高分子复合材料 液晶高分子复合材料是以热致性液晶聚合物为增强剂，将其通过适当的方法分散于基体聚合物中，就地形成微纤结构，达到增强基体力学性能的目的。常用来
13、作为增强材料的液晶聚合物有PET/PHB、Veetra、Xylar、全芳聚酯等。液晶高分子形成微纤结构以及与基体材料良好的界面粘结性对复合材料的增强效果至关重要。4.光记录存储材料光记录存储材料 液晶高分子可以利用其热，光效应来实现光存储。首先将存储介质制成透光的液晶态晶体，这时测试的光完全透过，证明没有信息记录；当用一束激光照射存储介质时，局部温度升高而使液晶高分子熔融成各向同性熔体，分子失去有序性：激光消失后，液晶高分子凝结成不透光的固体，信号被记录下来。此时如果再照射测试光，将仅有部分光透过，记录的信息在室温下永久保存。这同光盘相比，其对信息的存储依靠记忆材料内部的特性变化使得液晶高分子
14、存储材料的可靠性更高，而且不用担心灰尘和表面的划伤对存储数据的影响，更适合于重要数据的长期保存。5.功能液晶高分子膜功能液晶高分子膜 液晶态具有低粘性、高流动性、易膨胀性和有序性的特点，使液晶膜比高分子膜具有大得多的气体、水、有机物和离子透过通量和选择性。液晶膜具有原材料成本较低，使用方便，易大面积超薄化和力学强度大等特点。由高分子与低分子液晶构成的复合膜易于制备成较大面积，有良好的渗透性，对电场和溶液PH等有良好的响应。6.液晶高分子分离材料液晶高分子分离材料液晶固定相是色谱研究人员重点开发的固定相之一，采用硅烷作为骨架的侧链高分子液晶可以单独作为固定相使用，小分子液晶的高分子化克服了在高温
15、使用条件下小分子液晶的流失现象。高分子液晶作为色谱固定相需要解决的问题包括降低聚合物的玻璃化温度和扩宽液晶态的温度范围等内容。手性液晶的引入对光学异构体的分离提供了一种很好的分离工具。高分子液晶的高分子液晶的发展展趋势1.扩大生产规模，开发廉价的单体来生产LCP，以降低树脂的生产成本和销售价格。2.通过共聚改性，如在大分子链中引入弯折结构和不对称结构，开发出综合性能更好的LCP树脂。3.为了进一步提高LCP的性能，采用增强、填充改性，不但可以抑制LCP的各向异性的缺点，提高高温下的强度，还能够赋予其某些特殊功能，扩展应用领域，从而降低成本，提高市场竞争能力。与特种工程塑料进行共混改性，能够改善难加工工程塑料的成型加工性能、减少热塑性塑料的线膨胀系数、进而改善其尺寸稳定性。展望展望 随着高分子液晶的理论逐渐发展和日臻完善，其应用日益广泛，人们不仅开发了大量高强、高模和具有显示和信息存储功能的高分子材料，同时还在不断探索在其它领域的应用。可以肯定，作为一门交叉学科，高分子液晶材料科学必将在高性能结构材料、信息记录材料、功能膜及非线性光学材料等方面发挥越来越重要的作用。谢 谢