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本文首先对液晶高分子,含液晶段的嵌段共聚物的本体相行为及其在选择性溶剂中的自组装行为和嵌段共聚物的薄膜行为进行了综述。
第二章以聚{2,5-二[(4-甲氧基苯基)氧羰基]苯乙烯}(PMPCS)为模型化合物,系统研究了甲壳型液晶聚合物相结构和相转变的分子量依赖性。研究结果表明当Mn<1.0×104g/mol时,尽管高分子的侧链具有液晶性,但在PMPCS样品中仍只观察到无定形态;当1.0×104g/mol<Mn<1.6×104g/mol时,PMPCS样品形成了柱状向列相;随着分子量的进一步增加,当Mn>1.6×104g/mol时,样品发育形成了六方柱状向列相。在柱状液晶相中,PMPCS的主链和侧链所挂的液晶基元协同作用共同形成了作为液晶相基本构造单元的链柱。只有在分子量足够高的样品中,柱才拥有足够大的长径比来稳定柱状液晶相。这也就是PMPCS系列样品相行为表现出强烈的分子量依赖性的来源。
第三章研究了一系列具有相同长度的聚氧乙烯(PEO)段和不同长度的PMPCS段的二嵌段聚合物PMPCS-b-PEO(PMPCS的体积分数从0.76变化到0.86)的本体相行为。研究结果表明在实验温度范围内PEO段和PMPCS段是相容的。不管采用怎样的热处理方法,都没有观察到PEO段的结晶行为。在液晶性方面,除了PMPCS含量较低的样品(PMPCS段的体积分数为0.76)以外,其余样品均在第一次升温过程中发育形成了柱状向列相,该液晶相在降温过程中被保留下来。而PMPCS含量较低的样品在升温过程中可能发育形成了一种可能的扭曲晶界相,它在降温过程中会消失,但在二次升温中仍能发育出同样的液晶相。与类似分子量的PMPCS均聚物相比,PEO-PMPCS嵌段聚合物表现出了较低的有序性,这最可能是由于PEO段和PMPCS段的相容性导致的。
第四章利用原子力显微镜(AFM)和X射线反射的方法研究了PMPCS-b-PEO薄膜的表面形貌。研究发现嵌段共聚物显示了表面诱导的微相分离结构,而且该结构显示了很强的薄膜厚度和液晶段长度依赖性。当PMPCS段的聚合度DPPMPCS≥91时,薄膜显示了平行基底的排列方式,形成了类似条带的横向纳米尺度结构,增加膜厚以后则显示了平行和垂直基底排列共存的表面形貌。当48<DPPMPCS≤72时,薄膜则显示了垂直基底的排列方式。当液晶段具有中等长度为75时,观察到了平行和垂直基底排列共存的表面形貌,增加膜厚以后则显示了垂直基底的排列方式。
第五章初步研究了PMPCS-b-PEO在选择性溶剂中的自组装行为。研究结果表明PMPCS-b-PEO可以在PEO的选择性溶剂中自组装形成不同形貌的聚集体,我们研究了液晶段长度,初始浓度,不良溶剂加入量和不良溶剂的类型对自组装体形态的影响。在大多数情形下,自组装形成的都是囊泡结构,这也反映出PMPCS链具有较大的刚性。