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芳香族偶氮液晶聚氨酯的制备及电光性能研究

作　者: 吴宁
导　师: 赵殊
学　校: 东北林业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 液晶聚氨酯偶氨基元双偶氮液晶聚合物分散液晶电光性能光致变色
分类号: O633.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

芳香族偶氮液晶聚氨酯是具有特殊性能的新型功能材料,具有液晶聚氨酯和芳香族偶氮聚合物的双重优良特性,因而在新材料的开发研究领域越来越受重视。本论文旨在设计合成末端基团为-NH2和-OH的新型的芳香族单、双偶氮液晶基元,并设计合成新型的芳香族偶氮液晶聚氨酯,研究不同方式结合的芳香族偶氮液晶聚氨酯的热稳定性和光致变色性能。首先,本论文以苯胺、对硝基苯胺、对苯二胺和联苯胺为重氮化组分,分别与苯胺、N，N-二甲基苯胺和水杨酸进行偶合反应,成功制备12种偶氮苯化合物(LCs)。FTIR证实了LCs分子的结构；TGA表明LCs具有良好的热稳定性；UV表明LCs在230～600nm范围内对紫外可见光有良好的响应；与单偶氮化合物相比,双偶氮化合物具有较宽的吸收范围并且最大吸收波长红移至可见光区；LCs对365nm的单色激发光具有良好的光致变色性,证实了偶氮基团顺反异构化反应为典型的一级反应；光致变色响应时间tR最短为23.90s,说明LCs比较适宜做光致变色材料。其次,本论文以聚乙二醇(PEG400)和二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)为原料制备聚氨酯预聚体,用末端基团含有-NH2的偶氮苯液晶基元(对氨基偶氮苯LC1)和(对硝基偶氮苯胺LC4)对该预聚体进行封端反应,制备出一系列的液晶聚氨酯膜(LCPU)。 FTIR证实了LCPU结构；TGA表明LCPU膜最大分解温度均在245℃以上,具有很好的热稳定性；POM和XRD证明了LCPU为热致性向列型液晶聚氨酯；UV表明LCPU在350～390nm范围内对紫外光有良好的响应；在LCPU中偶氮基团顺反异构化反应为典型的一级反应,光致变色响应时间tR最短为23.30s,说明LCPU非常适宜做光致变色材料；当n(-NCO):n(-OH)为4：3时,LCPU接触角较大,耐水性最佳,硬度适中,综合性能最好。再次,本论文还将末端基团为-NH2和-OH的双偶氮液晶基元LC7、LC9、LC10和LC12部分取代PEG400,分别与甲苯二异氰酸酯(TDI)和MDI反应,制备一系列的主链型双偶氮液晶聚氨酯(MLCPU)。FTIR证实了MLCPU的结构；TGA显示MLCPU的失重温度高于220℃；UV表明MLCPU均在350～450nm范围内有紫外吸收；随着偶氮基团含量的递增,MLCPU的最大吸收波长的蓝移程度呈递增趋势；MLCPU对365nm的单色激发光具有良好的光致变色性；UV还证明LCs反应到MLCPU主链后影响顺反异构化反应速率,消光系数明显减小,但该反应仍为典型的一级反应；光致变色响应时间tR最短为59.63s；综上,MLCPU的光致变色响应时间稍长,比较不适宜做光致变色材料。最后,本论文以PEG400、MDI和丙烯酸羟乙酯(HEA)为原料,制备了HEA封端的聚氨酯丙烯酸酯预聚体(PUA)。再以PUA为聚合物基体、LCs为液晶小分子、HEA为活性稀释剂和二苯甲酮(BP)为光引发剂制备聚合物分散液晶膜(PDLC)。最佳配比为PUA与HEA质量比为1：3,BP质量分数为3%,液晶盒的间隙为20μm；若选用一种LC为液晶小分子,则LC2、LC5和LC8的质量分数分别为32%、28%和32%；若选用混合LCs为液晶小分子,则总液晶质量分数为33%,LC2、LC5和LC8各占混晶质量分数的1/3。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 液晶聚氨酯简介  10
  1.2 液晶聚氨酯的合成与分类  10-13
    1.2.1 液晶聚氨酯的合成  10-11
    1.2.2 液晶聚氨酯的分类  11-13
  1.3 液晶聚氨酯的应用  13
  1.4 偶氮液晶聚合物的简介  13-14
  1.5 偶氮液晶聚合物的合成与分类  14-17
  1.6 偶氮液晶聚氨酯的分类  17
  1.7 偶氮液晶聚氨酯的应用  17-18
  1.8 本论文的研究目的、创新点及主要内容  18-20
2 芳香族偶氮苯化合物的制备及光致变色性能研究  20-35
  2.1 实验部分  20-24
    2.1.1 实验原料与仪器  20-21
    2.1.2 芳香族偶氮苯化合物的制备  21-23
    2.1.3 芳香族偶氮苯化合物的表征与性能测试  23-24
  2.2 结果与讨论  24-34
    2.2.1 重氮偶合反应的影响因素  24-25
    2.2.2 产率与熔点的测试  25-26
    2.2.3 结构表征  26-28
    2.2.4 热稳定性测试  28-29
    2.2.5 光致变色性能测试  29-34
  2.3 本章小结  34-35
3 芳香族偶氮苯封端的液晶聚氨酯膜的制备及性能研究  35-46
  3.1 实验部分  35-37
    3.1.1 实验原料与仪器  35
    3.1.2 芳香族偶氮苯封端的液晶聚氨酯膜的制备  35-36
    3.1.3 芳香族偶氮苯封端的液晶聚氨酯膜的表征与性能测试  36-37
  3.2 结果与讨论  37-45
    3.2.1 结构表征  37-38
    3.2.2 热稳定性测试  38-39
    3.2.3 偏光显微镜测试  39-40
    3.2.4 X射线衍射测试  40
    3.2.5 光致变色性能测试  40-45
    3.2.6 LCPU膜性能测试  45
  3.3 本章小结  45-46
4 主链型双偶氮液晶聚氨酯的制备及光致变色性能研究  46-61
  4.1 实验部分  46-51
    4.1.1 实验原料与仪器  46-47
    4.1.2 主链型双偶氮液晶聚氨酯的制备  47-50
    4.1.3 主链型双偶氮液晶聚氨酯的表征与性能测试  50-51
  4.2 结果与讨论  51-60
    4.2.1 制备液晶聚氨酯的影响因素  51
    4.2.2 结构表征  51-54
    4.2.3 热稳定性测试  54-55
    4.2.4 光致变色性能测试  55-60
  4.3 本章小结  60-61
5 聚氨酯丙烯酸酯基聚合物分散液晶的制备及电光性能  61-74
  5.1 引言  61
  5.2 实验部分  61-65
    5.2.1 实验原料与仪器  61-62
    5.2.2 液晶盒的制备  62-63
    5.2.3 聚氨酯丙烯酸酯基聚合物分散液晶的制备  63-64
    5.2.4 聚合物分散液晶的电光性能测试与聚合物网络形貌的观察  64-65
  5.3 结果与讨论  65-73
    5.3.1 预聚体与稀释剂的比列对PDLC膜电光性能与表面形貌的影响  65-66
    5.3.2 液晶种类对PDLC膜电光性能与表面形貌的影响  66-69
    5.3.3 液晶含量对PDLC膜电光性能与表面形貌的影响  69-73
  5.4 本章小结  73-74
结论  74-76
参考文献  76-83
攻读学位期间发表的学术论文  83-84
致谢  84-85

芳香族偶氮液晶聚氨酯的制备及电光性能研究

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