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《大连理工大学》 2013年
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基于聚(4-乙烯苯基二甲基硅烷)的侧链型液晶聚合物研究

王柏  
【摘要】:本论文采用聚(4-乙烯苯基二甲基硅烷)(PVPDMS)为母体聚合物,进行功能化设计研究,将液晶基元与半导体基元分别引入各类不同结构的预制聚合物中,获得了一系列功能性高分子材料。系统研究了聚合物结构与性能之间的关系,同时为功能性材料的设计与合成建立了一种方法学平台。 基于功能性单体VPDMS,采用活性阴离子聚合方法进行均聚,以及分别与苯乙烯、丁二烯、异戊二烯的共聚,获得了4个系列21种不同分子量,不同SiHH功能团含量的母体聚合物。所制备的聚合物结构明确,分子量分布较窄(Mw/Mn1.20), SiH功能团在聚合过程中保持稳定。进一步通过丁二烯/VPDMS以及异戊二烯/VPDMS共聚物中自含有的SiHH功能团与双键的硅氢加成反应,获得了自交联弹性体,其热性能较相应聚合物显著提高。 同时合成了2个系列7种含胆甾基的手性液晶小分子,所制备分子结构明确,均具有良好的液晶性与旋光性,进而讨论了分子结构对液晶性和旋光性的影响。 利用液晶小分子的端烯双键与含SiHH功能团的预制线形聚合物进行硅氢加成反应,获得了12种液晶功能性高分子材料。经核磁表征,硅氢加成反应效率可达100%。产品分子量较母体聚合物大幅体高,分子量分布依旧保持了窄分布的特性,其中P2-3数均分子量达99.8万,而分子量分布仅为1.07。所有产物均具有良好的液晶性,其玻璃化温度(Tg)较母体聚合物大幅下降,而清亮点(Ti)较液晶小分子显著上升,液晶相范围(△乃明显拓宽,其中Pa较相应小分子△T拓宽了21倍,P4的△T宽达246.3℃,同时所有产品均有旋光性。扫面电镜测试表明,液晶聚合物克服了液晶小分子退火结晶的缺陷,能形成平整的表面形貌,有望在光学器件和液晶显示等领域获得应用。进一步讨论了相同侧链及主链结构条件下,分子量变化对产物液晶性和旋光性的影响;相同主链结构条件下,侧链结构变化对产物液晶性和旋光性的影响;相同侧链及主链结构条件下,侧链含量变化对产物液晶性的影响。 利用高真空活性阴离子聚合方法合成了四臂星形SPVPDMS,同时利用单茂钪催化配位聚合方法合成了高间规度sPVPDMS。产物结构明确,分子量分布较窄,其中间规聚合物立构规整度为99%。采用这两种聚合物分别与液晶单体M1和M2进行硅氢加成,制备了4种复杂主链结构的液晶性高分子材料,经表征,所有产品均具有良好的液晶性。讨论了相同侧链情况下,主链结构变化对产物液晶性与旋光性的影响。 利用异戊二烯/VPDMS共聚物与液晶单体M2“一锅法”反应,获得了5种自交联液晶弹性体。结果表明,当交联点含量低于2mo1%时,不足以形成三维网络结构,无凝胶存在;当交联点含量高于4.7mol%时,凝胶含量基本不变,达89%左右,所有弹性体均表现出液晶性。进一步讨论了随聚合物中VPDMS含量的增加,弹性体交联点和液晶性侧链含量的变化趋势、弹性体Tg、Ti和△T的变化趋势,同时也讨论了相同侧链条件下,交联型主链结构对聚合物液晶性的影响。 合成了2种液晶性苝酰亚胺衍生物小分子,其中N1融化后将形成室温液晶,Tm=-20.8℃,将苝酰亚胺衍生物小分子与不同分子量及不同主链结构的PVPDMS进行硅氢加成反应,获得了8种侧链悬垂苝酰亚胺基团的聚苯乙烯基半导体材料。通过紫外光谱、荧光光谱对其光物理性能进行了表征;采用循环伏安法对其电化学性质进行了表征;以P3HT为p型材料与侧链悬垂苝酰亚胺基团的聚苯乙烯基半导体材料构建了体相异质节太阳能电池,研究了聚合物的液晶性、分子量和结构变化对太阳能电池效率的影响。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:O634.41

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