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热致液晶高分子结构性能与应用

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5 热致液晶高分子的合成

热致主链型LCP实际上都是通过缩聚反应制备的,主要采用熔融缩聚方法,有时 也采用溶液缩聚和界面缩聚。

热致主链型LCP种类很多,其中主要为芳香族聚酯及共聚酯,合成方法[6]有以下几种: 5.1高温下的熔融缩聚

熔融缩聚是将不同的单体按一定比例混合,在惰性气体的保护下升温,在熔融状态下进行缩聚,脱掉小分子水,得到聚芳酯液晶。为了避免高温时单体氧化,一般需要对单体的羟基或羧基进行保护,较常用的有乙酰基化法和直接酯交换法。

乙酰基化法是目前工业化生产中最常用的方法。先将二元酚乙酰基化,之后与二元羧酸在熔融态下加热至200℃~350℃ ,在氮气氛围下进行反应。反应后段是扩散控制过程,提高搅拌速率或减压均可提高分子量。

直接酯交换法也是利用乙酰基对单体上的羟基进行保护。但改变了先乙酰基化后熔融缩聚的两步合成方法,而是将几种单体和乙酸酐直接混合,先在一定温度下进行乙酰化反应,然后再继续升温进行熔融缩聚。直接酯交换法使反应操作简化,更适宜工业化生产。

例如Vectra的合成:

5.2溶液缩聚或界面缩聚 主要是利用芳香族二酰氯与二元酚或二元胺的Schotten-Baumann反应合成液晶共聚酯或聚酯-酰胺。

界面缩聚法是先将二元酚溶于强碱溶液中形成酚盐,在搅拌下加入互不相溶的芳香族二元酰氯溶液。反应物通过扩散在两液相的界面上进行动态聚合,是一种快速不可逆反应 。由于芳香族二元酰氯的商品化产品较少,而且这类化合物的性质活泼,因此一般的工业化生产并不采用界面缩聚法。

溶液缩聚法包括低温溶液缩聚法和高温溶液缩聚法。低温溶液缩聚法是在对反应物均为惰性的溶剂中进行,体系中通常加入等量或过量的有机碱与释放出的氯化氢结合以获得高分子量的产物。反应的优点是可在低沸点溶剂和常压下进行;高温溶液缩聚法是在200℃以上的惰性高沸点溶剂中进行。反应中产生的氯化氢在回流状态下由惰性气体带出以获得高分子量的产物。 5.3固相缩聚法

由于熔融缩聚后期温度高、粘度大、产物容易降解变黄,而且产物含有大量刚性液晶基元、熔点高且溶解性极差,难于用单一方法获得高分子量的产物。因此,聚芳酯液晶的合成一般先通过熔融缩聚得到较低分子量的预聚物,然后再经固相缩聚得到较高分子量的产物。 固相缩聚的反应温度比熔融缩聚的低,解聚及副反应较少,在提高分子量的同时不会带来产物热稳定性的下降;又因为缩聚是在固态下进行,不必满足官能团等活性条件;而且反应过程中通过酯交换可使产物的分子量分布逐渐变窄,这些都将改善产物的力学性能。固相缩聚现已在聚酯的工业合成中得到广泛的应用。

6热致液晶高分子的应用

6.1特种工程塑料

在加工过程中,由于热致液晶高分子特殊的结构及其液晶性质,TCLP可自发地沿流动方向取向,在原位形成增强纤维,产生明显的剪切变稀行为和自增强效果,从而使复合材料的力学性能和加工性能同时得到改善。利用TCLP增强通用工程塑料的高强度、耐热、耐腐蚀及良好的加工性能,可应用于汽车工业、电子电气工业、机械工业、电动工具行业以及骨架材料和高强度元件等[7]。 6.2热致液晶纤维

1)作为增强纤维材料,在光缆特种电线中起支撑保护作用,可与橡胶复合制造耐高压软管传送带耐磨密封件及汽车用橡胶部件,可与树脂复合作为超薄型印刷电路的基板。

2)由芳香族聚酯纤维制成的织物耐切割性好,是防护服手套等安全用品的好材料,也是优秀的耐高温耐腐蚀工业用过滤布。

3)特别适合编织渔网养殖业围网船用绳索,具有强度大不怕潮湿使用寿命长轻量化特点。

4)在体育用品领域,芳香族聚酯纤维在网球板头盔雪橇等器材中起增强材料作用[8]。

7结语

TCLP由于其区别于其它高分子的长刚棒状的分子结构,使它拥有许多优异的性能,如 优秀的力学性能突出的耐热性能和阻燃性能、优秀的加工成型性以及优异的介电性能等。 但 产品目前尚存在缺点有待于进一步的改进。

参考文献:

[1]柯锦玲. 液晶高分子及其应用[J]. 塑料,2004,03:86-89. [2]周其凤,王新久. 液晶高分子[M]. 北京: 科学出版社,1994.

[3]陈骁,赵建青,袁彦超,刘述梅,曹明,阮文红,章明秋. 热致液晶高分子结构性能与应用[J]. 合成材料老化与应用,2013,06:37-43.

[4]蓝强. 热致液晶高分子的合成、性能与形态[D].复旦大学,2002

[5]周艳,解孝林,童身毅. 热致高分子材料新进展[J].武汉化工学院学报,1999

[6]夏英,葛雪明,侯传金,马文文,孙晓薇. 液晶高分子分子设计及合成方法的研究进展[J]. 塑料制造,2012,03:82-86.

[7]肖中鹏,麦堪成,曹民,姜苏俊,曾祥斌,蔡彤旻,许柏荣. 热致液晶聚合物的研究进展[J]. 广州化工,2013,03:9-12.

[8]王煦怡,覃俊,何勇. 液晶纤维[J]. 国际纺织导报,2010,10:8+10-12.

热致液晶高分子结构性能与应用

5热致液晶高分子的合成热致主链型LCP实际上都是通过缩聚反应制备的,主要采用熔融缩聚方法,有时也采用溶液缩聚和界面缩聚。热致主链型LCP种类很多,其中主要为芳香族聚酯及共聚酯,合成方法[6]有以下几种:5.1高温下的熔融缩聚熔融缩聚是将不同的单体按一定比例混合,在惰性气体的保护下升温,在熔融状态下进行缩聚,脱掉小分子
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