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体积 2012年 |文章的ID 767581年 | https://doi.org/10.1155/2012/767581

罗伯特·小腿,丹尼尔Staszczyk, 热Polymer-Dispersed液晶和光学特性”,国际高分子科学杂志》上, 卷。2012年, 文章的ID767581年, 13 页面, 2012年 https://doi.org/10.1155/2012/767581

热Polymer-Dispersed液晶和光学特性

学术编辑器:温敷李
收到了 2011年8月04
修改后的 2012年1月24日
接受 2012年1月31日
发表 2012年4月22日

文摘

液晶化合物显示顺序在上面的液体状态下的熔化温度和大分子温度各向同性。Polymer-dispersed液晶(液晶)的复合材料液体结晶材料分散在聚合物基质形成微米大小的液滴。目的是准备几个胆甾醇酯或alkoxybenzoic酸分散液晶和描述热光学性质。差示扫描量热法和偏振光学显微镜。母体聚合物是一种单组份紫外光固化环氧丙烯酸酯树脂。通过熵控制液晶形成相分离造成UV-initiated交联。-主/侧链复合型液晶高分子液晶,既分散液滴,展出各种材质根据其分子秩序和取向。这些纹理形成的约束边界区域隔开阶段发生在每个液晶的温度特性。液晶相变发生在温度低于展出由大分子组件在整洁的状态。

1。介绍

液晶是独一无二的液态化合物显示顺序。液体结晶度是发生在一个区域上方的熔化温度( )和清算温度以下( )。以上结算温度,液晶分子会随机形成一个各向同性的液体。材料表现出液体的结晶度会出现不透明,浑浊的液体肉眼和偏光显微镜下将形成光学特征纹理由于高双折射展出。在溶液中物质通常会表现出液态结晶度(易溶的)或在整洁的状态(大分子)。液态晶体(mesogens)可以被纳入一个半个聚合物作为主要的聚合物链的组件或侧链。Polymer-dispersed液体结晶时形成液晶材料分散在聚合物基质。

中间阶段过渡期间液晶展览从固体到各向同性液体被称为“采用。“平移和旋转秩序负责部分采用内排序。平移订单明显不管分子形状而转动订单明显只有当分子nonspherical(拉长)。因此分子形状将是一个因素影响特定的中间相的排序(1]。无序晶体采用被称为塑料水晶和那些三维晶格,表现出大量的旋转障碍。在无序液晶采用平移命令但旋转无序;因此一旦温度增加,提供足够的能量来克服转动能量壁垒,提供了中间相展,直到足够的能量干扰形成的晶格产生的各向同性的液体。

采用表现出由液晶的分类主要基于分子的对称性。类主要有三种:向列,胆甾型和净化的。内的所有不同晶格的程度顺序中间相(2]。向列液晶可以翻译任何方向相对于邻国但往往使自己沿着原则彼此平行轴( )。轴的方向原则是任意的在中间相。

胆甾醇的结构发生在有“扭”向列董事的连续层之间。胆甾醇的导演( )是一个螺旋的形式1] 相角的方向( )和螺旋轴( )是任意的,因此空间的胆甾醇的结构可以由(1] 的标志 代表一个左或右螺旋的大小将决定空间周期结构(1]。

向列的中间相被认为是在同一组胆甾型,因为它只是一个胆甾型

三个最常见的是净化的净化的阶段,C和B阶段。分子内净化的阶段躺在层与他们的邻居,和之间的平移运动层不会轻易发生。净化的阶段的分层结构降低了粘度与向列或胆甾型阶段。分子内净化的采用往往结盟平行于层正常,和他们的质量中心的位置是不相关的。层发现单独流体层间扩散的高概率发生。x射线散射是用来确定液晶的分子长度基本上等于的层的厚度(1]。

多态性是液晶的能力通过大量采用固体和各向同性之间的状态。因为增加的温度降低了分子采用的顺序,可以确定采用基于他们的相对位置的稳定。稳定的顺序如下所示为前面所讨论的阶段,这与实验数据一致。多态性与向列型和胆甾型阶段尚未观察到(1]。

偏振光学显微镜是用来查看液体结晶材料的光学模式或纹理,并在某些情况下可以识别特定顺序的中间相。识别采用的这种方式并不总是可能由于类似的纹理之间有时会观察到两个液晶状态由相变(3]。各向异性材料,如液晶光学特性,改变取决于入射光的方向与晶体轴。光的传播方向通过各向异性物质和振动平面坐标将确定的折射率范围。平行光偏振导演有不同的折射率比光偏振垂直于主任。光进入液晶分为快速(普通射线)和慢速(非常光线)组件。出现相位差的组件在不同的旅行速度和创建一个新的偏振状态(4]。

液体的冷却曲线通过DSC晶体材料的特点是高温放热曲线代表一个一阶转换从一个各向同性液体中间相,低温放热曲线表明一阶转换中间相的固体。加热曲线,发现过渡温度略高于冷却曲线上的等效温度预期,因为一旦一个各向同性的液体已经达到需要时间重新排列成有序的分子结构。在液晶多态性在哪里发生,DSC可以用来区分向列和净化的阶段基于焓的大小变化伴随的各向同性的过渡阶段。小焓变化之间的过渡采用显示两个阶段之间的密切的结构关系(5]。

远程命令在一个中间相将更容易发生分子nonspherical(棒状形状)。采用小分子显示青睐的刚性,永久偶极子,和极化率2]。几乎所有mesogens由多个债券沿着轴,芳香组件和极地或长链终端组。终端集团将经常确定中间相的性质表现出(2]。一般来说,如果终端组是短的和灵活的,将显示复合净化的秩序而如果是长,向列的顺序将观察到的6]。

取向(永久和诱导),色散力是主要的部队负责中间相的稳定性。例如,向列→各向同性过渡4-octyloxybenzoic酸(7是约40°C高于4-nonylbenzoic酸(8),即使两个相同大小的分子本质上是(2]。同样,采用由4-alkoxy-4′-cyanobiphenyls更加稳定比由4-alkyl-4′-cyanobiphenyls [2,9]。

分子间极性景点需要如果中间相的晶格能保持完整的一次结构已经达到(2]。融化温度可以提高温度的中间相不可能存在在发生情况时,由于极性分子间作用力太强大的终端组。这方面的一个例子6-hydroxy-2-naphthoic酸(水晶→各向同性= 250°C)的末端极性高于6-methoxy-2-naphthoic酸(水晶→向列= 206°C;向列→各向同性= 219°C) (10]。

中央组织提供线性分子的形状被发现增加热稳定性随着极性或极化率的增加为中央连杆组件(11]。它已经表明,在缺乏中央集团提供线性或至少平面化,中间相稳定下降(2,11,12]。

另一个属性影响稳定性的一个给定的中间相分子的广度。增加分子宽度发生主要是由于芳香环上的取代。更大的分子宽度通常降低了液体材料的结晶度,净化的阶段经常被影响更大程度上(2,5]。

Polymer-dispersed液晶(液晶)的复合材料液体结晶材料分散在聚合物基质形成微米大小的液滴。液晶电影各种光电应用程序从百叶窗到投影显示。thermooptical设备的热力和机械稳定性提高了分散液体晶体材料在聚合物基质(13,14]。液晶纹理在分散液滴随机导向相对于其他滴液晶膜给一个不透明的外观由于强烈的光发生散射。电场时,每个液滴的董事对齐平行于应用领域,如果液晶的折射率匹配的聚合物,然后这部电影成为光学透明的(13- - - - - -15]。

液晶可以生产使用封装和相分离等方法。封装是当液晶掺杂聚合物溶解在水中,然后蒸发离开液晶包围一层聚合物。液晶由相位分离需要均匀的聚合物的混合物(预聚物)和液晶最初准备紧随其后的是分离的两个阶段创建液晶微滴。在以下方面可以诱导相分离。

Polymerization-induced相分离(pip)发生在液晶与预聚物混合形成均匀溶液。当启动聚合,分子量和交联聚合物的溶解度增加,因此液晶减少导致液滴的形成。

热诱导相分离(TIPS)是当一个均匀的混合液晶和聚合物冷却融化。液晶微滴继续形成聚合物变硬,直到达到玻璃化转变温度。

Solvent-induced相分离(sip)当液晶和聚合物溶解在溶剂溶剂被删除前,通常通过蒸发。液晶微滴形成的聚合物和液晶分离的解决方案。

Polymerization-induced相分离是最常用的。这个过程被用于制造液晶与聚合使用紫外线发起的这项工作。

完成阶段分离并不总是发生在两个组件之间。一小部分mesogen仍然在聚合物基质中,在预聚物或部分治愈聚合物存在少量的液晶微滴(15,16]。不完整的相分离有几个重要对液晶性能的影响。低分子量液晶通常会作为塑化剂在聚合物基质中,从而降低矩阵的玻璃化转变温度(15,17]。液晶可以导致聚合物的折射率变化矩阵,进而会导致更少的清晰透明的状态,当电场应用(15]。预聚物或部分治愈聚合物液晶微滴中导致减少清算温度。对于使用紫外线诱导的相分离,发起者在液晶微滴的存在会有类似效果(15]。

液晶微滴的形态是受许多变量,原则因素被液晶和聚合物组成、固化温度和固化的速度。液晶微滴的增长需要扩散的液晶材料和扩散的单体和聚合物液滴的液滴和运动边界进入polymer-rich边界(18]。一旦启动固化和分子量的聚合物基质开始增加,弹性和粘度增加使液滴的增长更加困难(14]。

聚合物的粘度是重要的在确定什么程度mesogen聚结的经历。在没有合并的情况下,液滴的液晶形态被认为是更均匀,球在外表19]。当发生聚结时,椭圆形状的领域形成的聚合物基质凝固防止球域的形成。允许混合合并更容易(通过增加温度或减少治疗)的速率将导致更大的液晶的形成域(14,17,19,20.]。降低治疗(减少紫外线强度)的速度放缓导致硬化的聚合物基质诱导相分离之后,给mesogen更多时间合并,形成更大的水滴(21]。更容易发生聚结在少粘性溶液通过增加温度(降低粘度)合并增加和液晶微滴的尺寸将会增加17,19]。然而,应该注意的是,先前的研究如由卡特et al。19]显示治疗温度有一个微不足道的影响液晶微滴尺寸与治愈率和成分等因素有显著的影响。液晶分数的增加也将增加液滴的大小(19,20.]。这被认为发生不同程度的聚合相分离阶段,允许更大的液晶领域由于欠发达聚合物矩阵。它也表明,电场的存在相分离过程中促进液晶分子的排列,从而导致相分离过程的强化(14]。相分离过程是加速电场和清算液晶温度上升(14]。

本研究的目的是准备和描述polymer-dispersed液晶的紫外光固化聚合物矩阵。液晶的热行为和光学研究使用差示扫描量热法(DSC)和高温极化光学显微镜。从DSC将获得的热性能加上偏振光学显微镜探讨polymerisation-induced相分离温度和液晶纹理域。

2。实验

2.1。材料

mesogens使用胆甾醇乙酸酯、胆甾醇nonanoate,胆甾醇苯甲酸,4 - (decyloxy)苯甲酸,除了胆甾醇苯甲酸从西格玛奥德里奇被购买。胆甾醇苯甲酸酯的合成苯甲酰氯(西格玛奥德里奇)和胆固醇(西格玛奥德里奇)使用氯仿为溶剂,乙醇重结晶。

所使用的聚合物是主键UV15 (UV15),一个组件紫外光(UV)固化环氧丙烯酸酯树脂。UV15展品低粘度在室温和不包含任何溶剂或其他挥发物。

2.2。Polymer-Dispersed液晶的制备

预聚物和mesogen重小瓶,然后彻底混合均匀混合。混合是准备给·w / w mesogen大约20%。混合物被随后治愈在DSC锅或薄膜在显微镜幻灯片。治疗是通过暴露于紫外线辐射(3兆瓦·厘米²)10分钟,以确保完整的治疗。每部电影的温度升高温度高于清算之前被夹在两个玻璃盘子。电影被允许冷却至室温之前,任何使用光学显微镜观察。

2.3。差示扫描量热法

一个优秀的DSC7 Pyris软件(版本3.81)使用。冰水泥浆作为冷却剂和氮清洗(20毫升·分钟−1)使用。样品质量约2毫克纯mesogens和6毫克液晶是准确称重使用优秀的AD-2Z微量天平。mesogens和液晶封装在密封的铝锅的10μL和30μL体积,分别。所有样品都加热到温度高于预期的清算温度和等温地举行。一旦观察到稳定的热流,样本的速度10 K·分钟冷却−125°C,后跟一个加热的速度扫描10 K·分钟−1温度高于预期的清算温度。所有曲线都纠正使用基线记录在相同的条件下,转化为表观比热容曲线。

2.4。光学显微镜

偏振光学显微镜用于观察采用所展现出来的热行为和纹理。尼康Labophot II光学显微镜配有梅特勒FP90中央处理器和FP82热阶段使用。图像捕获使用尼康数码相机在加热或冷却速度2 K·分钟−1(4]。

3所示。结果与讨论

3.1。纯液体晶体
3.1.1。胆甾醇乙酸酯

胆甾醇酯的DSC扫描加热图所示1(一)显示了峰值为112.5°C的融化过渡。中间相区域没有标识在加热期间,通过DSC或偏振光学显微观察。偏振光学显微镜显示,从固相直接过渡到各向同性相(视为黑暗的视野)。DSC扫描冷却的胆甾醇酯如图1 (b)显示了经历的结晶温度过冷到91.1°C。较小峰值为94.6°C的肩膀融化的峰值对应的过渡的中间相各向同性相。通过偏振光学显微镜和参考文献[5),中间相的纹理被确认为干扰胆甾醇的结构如图2(一个)。图2 (b)显示了从固相干扰胆固醇的纹理,展览一个大理石像结构如图2 (c)

3.1.2。(4)- Decyloxy苯甲酸

(4)- Decyloxy苯甲酸展出polymesomorphism加热和冷却。DSC热扫描(图3)确定三个中间相地区为86.4°C到96.1°C, 96.1°C到120.2°C,和120.3°C到130.9°C,认为使用西格玛奥德里奇数据净化的,净化的,和向列相。偏振光学显微图像如图4(一)显示了固相在加热之前,而数字4 (b)4 (c)显示了两个不同的净化的阶段分别为91.4°C和106.8°C。图4 (d)是一个图像拍摄于向列地区为135.2°C和被确认为一个凶残的向列纹理。大理石纹理时看到不同的分子取向相邻域内产生不同颜色的光散射,传授一个颗粒的外观质感。

DSC冷却扫描(图3)确定三个中间相地区转换伴随相变被展览在加热过冷对转换。由于不同过冷度,每个转换,每个中间相的温度范围内表现出与加热相比发生了极大的改变。在冷却,DSC确定三个中间相区域为139.8°C到118.8°C, 118.8°C到91.9°C,和91.9°C到75.1°C,而使用西格玛奥德里奇数据,确定为向列,净化的,分别和净化的阶段。这些采用的纹理识别使用偏振光学显微镜和在图所示5。图5(一个)显示了纹影液滴在129.5°C分离从各向同性液体(视为黑暗的视野)和合并在一起形成更大的水滴(3,5]。暗纹影纹理“刷”模式对应于灭绝mesogens对齐垂直于衬底的区域。一般来说,纹影纹理显示点只有两个刷子满足向列而那些显示点四个刷子满足净化的。形象图5 (b)在108.8°C被确认为一个扭曲的净化的纹理通常与净化的C类型排序(3]。在图所示的图像5 (c)是一个身份不明的净化的纹理为82.9°C,和图吗5 (d)是一个图像的固相冷却后在室温下。

3.1.3。胆甾醇Nonanoate

胆甾醇的DSC扫描加热nonanoate图所示6(一)显示了峰值为75.8°C的熔化温度和较小的峰值为92.7°C代表清算的温度。偏振光学显微镜显示固相的颜色与温度的增加变化如图7(一)- - - - - -7 (c)。这很可能是由于限制运动分子在晶格结构的能量以热的形式被提供给系统。图7 (d)在85°C显示了中间相,这根据西格玛奥德里奇数据胆甾醇的秩序。

DSC扫描冷却的胆甾醇nonanoate图所示6 (b)显示了清算发生了轻微的过冷温度到88.5°C和相变70.3°C。图8显示在冷却使用偏振光学显微镜拍摄的图像。数据8(一个)8 (b)显示从各向同性液体(视为暗场视图)中间相。使用数据提供的西格玛奥德里奇,这中间相被确认为净化的。图8 (c)显示了从净化的纹理过渡到一个homeotropic纹理(视为黑暗的视野)。当一个衬底的表面能低于液晶表面张力homeotropic纹理通常会被观察到5]。这个材质是由于分子的长轴调整垂直于玻璃衬底。homeotropic纹理和各向同性液体互相区别(两者都是由黑暗领域的视图)通过触摸玻璃盖。homeotropic结构的情况下,突然的视野明亮和黑暗视野恢复机械稳定状态观察一次。homeotropic-to-solid过渡最有可能没有显示峰值的DSC曲线扫描完后由于它发生。图8 (d)显示了退火后的固相为20分钟。

3.1.4。胆甾醇苯甲酸

胆甾醇苯甲酸酯的DSC热扫描图所示9(一个)显示了峰值为112.6°C的熔化温度。中间相区域没有标识在加热期间,通过DSC或偏振光学显微观察。偏振光学显微镜显示,从固相直接过渡到各向同性相(视为黑暗的视野)。

胆甾醇苯甲酸酯的DSC冷却扫描图所示9 (b)显示了峰值为67.2°C的结晶温度相应进行了大量的过冷。小峰在102.2°C温度对应的结算。使用偏振光学显微镜观察确定了中间相结构扰动胆甾醇的结构。数据10 ()10 (b)节目中间相的形成各向同性的液体为101.1°C和98.8°C,分别。图10 (c)是一个图像的固相冷却后在室温下。

3.2。Polymer-Dispersed液晶
3.2.1之上。胆甾醇酯:UV15

胆甾醇酯分散的DSC扫描加热UV15图所示(11日)显示一个峰值为110.8°C对应于固体晶体的熔化温度域。清算的峰值温度不能被视为是与熔化峰重叠。光学显微镜显示,分散液晶领域大约是统一的大小和形状。图12(一个)在室温下显示胆甾醇酯分散在UV15之前供暖。黑暗的地区代表聚合物基质,而彩色区域代表分散固体晶体领域。数据12 (b)12 (c)显示从固态转变为中间相为110.1°C和111.2°C,分别。一个黑暗的视野曾经表现出各向同性区域。

胆甾醇酯分散的DSC扫描冷却UV15图所示11 (b)显示了峰值为88.6°C和80.1°C的清算温度和结晶温度,分别为这两个接受过冷,由于监禁的mesogen分散的液滴。监禁的mesogen microdroplets将导致一些mesogen被吸附到环氧矩阵作为间期与顺向过冷转换。数据(13日)13 (b)90.4°C和71.6°C,分别显示偏振光学显微镜的图像从各向同性液体领域过渡到液晶领域。相同的中间相纹理观察加热和冷却。图13 (c)显示了晶体固体域后在室温下冷却。这些固体晶体领域包含球晶。

3.2.2。胆甾醇Nonanoate: UV15

胆甾醇nonanoate分散的DSC扫描加热UV15图所示(14日)并显示峰值为64.5°C和84.6°C,融化的温度和清算温度相对应,分别。使用偏振光学显微镜观察显示,分散液晶领域大约是统一的大小和形状,类似的胆甾醇acetate-UV15液晶。分散相的一致性解释为是由于相分离进行在治疗的同时,将不同的情况如果溶剂蒸发形成聚合物薄膜。交联的形式,安排(配置)mesogens减少,因此可用熵减少。溶解度降低减少熵和mesogens将单独从固化环氧树脂均匀,形成小水滴,是固定在树脂内治愈。图(15日)在室温下显示胆甾醇nonanoate分散在UV15之前供暖。黑暗的地区代表聚合物基质,而彩色区域代表固体晶体领域的结构类似于观察胆甾醇acetate-UV15液晶。数据15 (b)15 (c)显示从中间相的固体的转变为65.1°C和75.7°C,分别。一个黑暗的视野观察后过渡到各向同性相。

DSC扫描冷却的胆甾醇nonanoate分散在UV15如图14 (b)显示了两个过冷的峰值为80.7°C和56.1°C的清算温度和熔化温度,分别。限制的过冷导致监禁mesogens在液滴的固化聚合物。数据(16日)16 (b)在90.4°C和71.6°C,分别显示偏振光学显微镜的图像从各向同性液体领域过渡到液晶领域。图16 (c)显示了晶体固体域后在室温下冷却。固体晶体领域似乎marble-like纹理冷却后从各向同性相。

3.2.3。胆甾醇苯甲酸:UV15

胆甾醇苯甲酸酯分散的DSC扫描加热UV15图所示(17日)。偏振光学显微镜发现了在DSC扫描加热峰值为125.1°C的熔化温度消除峰值为111.4°C的可能性被从固体到液晶的转变为没有识别采用区域观察到各向同性液体形成前在125°C。

DSC扫描冷却的胆甾醇苯甲酸酯分散在UV15如图17 (b)显示了峰值为88.4°C的温度过冷清算造成mesogen监禁。结晶温度的峰值并没有被看作是重叠与清算的峰值温度。通过使用偏振光学显微镜,结晶温度是79.9°C。偏振光学显微镜图像数据(18日)18 (b)100.5°C和85.4°C,分别显示从各向同性液体领域过渡到液晶领域。液晶域观察非常不规则的形状和大小与这些相比使用胆甾醇酯和胆甾醇nonanoate生产。图18 (c)显示了晶体固体域后在室温下冷却。

4所示。结论

polymer-dispersed液晶的光学和热特性及其大分子组件特征使用差示扫描量热法和高温偏振光学显微镜。液晶是由polymerisation-induced相分离。观察液体结晶度在所有polymer-dispersed产生及其大分子液晶组件。-主/侧链复合型液晶高分子液晶,既分散液滴在环氧丙烯酸酯树脂矩阵,展出各种材质根据其分子顺序和方向。这些纹理形成的封闭区域隔开相边界温度发生独特的液晶。

胆甾醇酯表现出一个干扰胆固醇的纹理从各向同性相冷却。(4)- Decyloxy苯甲酸之间通过大量采用固体和各向同性,在加热和冷却。多态性表现出了4 - (decyloxy)苯甲酸与纹理表现出向列和净化的要求确定。这些纹理包括纹影和凶残的向列纹理扭曲的净化的纹理。胆甾醇nonanoate展出加热胆甾醇的结构和冷却净化的纹理,后跟一个homeotropic纹理。胆甾醇苯甲酸展出从各向同性干扰胆固醇的纹理在冷却阶段。

差示扫描量热法(DSC)的相变温度显示液晶微滴内聚合物矩阵低于各自的相转变温度的mesogens整洁状态由于空间限制和液滴的界面的吸附mesogen边界。胆甾醇酯和胆甾醇nonanoate液晶,液晶的形态学观察领域更均匀的形状和大小与胆甾醇苯甲酸相比液晶,液晶领域被认为是不规则的形状和大小。液晶生产的材质不同产生的那些整洁mesogens,表现出在不同的温度范围内。胆甾醇酯和胆甾醇nonanoate液晶表现出液晶采用加热和冷却。胆甾醇苯甲酸酯液晶表现出各向同性的液体只结晶度在冷却阶段。采用液晶所表现出同样的质地,不同颜色。

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