3.7 高分子的液晶态(1)

   
    3.7.1 基本概念

    液晶态是物质的一种存在形态。某些物质的结晶受热熔融或被溶剂溶解之后，虽然失去了固态物质的刚性，而获得液态物质的流动性，却仍然部分地保持着晶态物质分子的有序排列，从而在物理性质上呈现各向异性，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的过度状态，这种中间状态称为液晶态，处于这种状态下的物质就称为液晶。小分子液晶现象最早在1885年由奥地利植物学家Reinitzer所发现。他在研究胆甾醇苯甲酯时，发现当固体物质在145℃熔融后，变成浑浊的各向异性液体，直到温度高于179℃后，才成为各向同性的透明液体。因此，当时人们用“液晶”这一术语来描述这类兼具晶体的光学性质和液晶流动性质的一类物质。
    高分子液晶是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子。在具有高分子材料特性的同时，又拥有液晶相的分子自组织性。最早的高分子液晶是由E11iott和Ambrose在1950年获得的。他们在用聚—L—谷氨酸—γ—苄酯(PBLG)氯仿溶液制膜的过程中，发现其溶液具有双折射现象。以后实验证明这是一种胆甾型液晶。但是，高分子液晶真正引起人们极大兴趣是从20世纪60年代，由杜邦公司首先从聚对苯二甲酰对苯二胺的硫酸溶液经液晶态纺丝制得了超高强度和模量的“Kevlar”纤维后开始的。现在，高分子液晶材料不仅在高性能纤维材料方面获得了重要的应用，并在性能优异的光学记录、贮存和显示材料方面，倍受人们的青睐。因此，近年来关于高分子液晶的基础研究已成为高分子科学中的一个热点。

   3.7.2 高分子液晶分子结构特征与分类

    液晶高分子是由小分子液晶基元键合而成的，液晶基元是指液晶高分子中具有一定长径比的结构单元，通常可分成两亲的和非两亲的两类分子。两亲分子是指兼具疏水和亲水作用的单体；非两亲分子则是一些几何形状不对称的刚性或半刚性的棒状或碟状单体分子。由这两大类单体经过聚合，又可形成多种类型的聚合体，其相应的液晶相性能也各不相同，如表3-14所示。
    
     高分子液晶融合了高分子和小分子液晶。高分子的链段上含有小分子液晶的化学结构，能表现出液晶的性质，同时又兼有高分子的性质。根据液晶原的位置不同，高分子液晶大致可分为主链型液晶和侧链型液晶。在主链型液晶中，液晶基元镶嵌在高分子主链上，主链液晶有两类情况，一类是完全由刚性链段组成的主链，多具有向列态，液晶转变温度高，另一类是由刚性链段和柔性链段相间组成的主链，但一般刚性链段的形状类似小分子液晶，液晶相态丰富；而在侧链型液晶中，刚性的液晶基元通过柔性的链段连接在高分子主链上，柔性连接链段称为间隔段。
    根据液晶的形成条件的不同，液晶可分为热致性和溶致性液晶两类。热致性液晶是在高分子加热至熔点以上某一个温度范围呈现液晶性质；溶热致性液晶是高分子在溶液中达到某一临界浓度以上时呈现液晶性能。