手性液晶聚合物是指带有手性基团的液晶聚合物,一般为胆甾相或手性近晶相。手性液晶因其所具有的螺旋结构使其产生许多优异的光学性能,如选择反射、旋光性、圆二色性、电光效应和磁光效应等,所以手性液晶是目前液晶研究领域的热点之一。传统液晶结构为棒状的,近年来又出现了区别于传统棒状液晶的星型液晶,星型液晶既有类似棒状分子的向列相,也有盘状液晶的柱状相,但手性液晶相报道的极少。本论文所开展的以葡萄糖、麦芽糖、棉子糖、山梨醇等为手性中心,制备手性多臂液晶的研究工作,不仅首次采用不同结构的糖或糖醇作为星型液晶的中心,所合成出来多臂液晶丰富了星型液晶化合物的种类,而且提出并证实了手性中心能够诱导具有一定结构的向列型液晶臂的星型液晶产生胆甾相,为设计和合成胆甾型星型液晶提供了一定的理论依据和实验数据。将麦芽糖进行适当的化学修饰,将其作为手性基元引入主链液晶聚合物合成了手性主链液晶聚合物,又为设计合成手性主链液晶聚合物提供了新的思路。本文采用不同结构的侧臂和4种手性核合成多臂化合物,考察多臂液晶的形成条件；液晶侧臂和手性中心的结构对多臂液晶化合物性能的影响；手性中心能否诱导带有一定结构的向列型液晶臂的多臂化合物产生胆甾相。采用麦芽糖基的手性基团合成主链液晶聚合物,考察手性基团对液晶聚合物性能的影响。本文合成了5种液晶单体、1种非液晶单体、1种手性单体、15种多臂化合物和3个系列的主链液晶聚合物,5种液晶单体是：10-(4’-(苯甲酸基)联苯)癸二酸单酯(M1),10-(4’-(4-甲氧基苯甲酸基)联苯)癸二酸单酯(M2),10-(4’-(4-乙氧基苯甲酸基)联苯)癸二酸单酯(M3),6-(4-(4-甲氧基苯甲酸基)苯)己二酸单酯(M5),6-(4-(4-乙氧基苯甲酸基)苯)己二酸单酯(M6)。非液晶单体是：6-(4-(苯甲酸基)苯)己二酸单酯(M4)。手性单体为(+)6,6’-二羟基麦芽糖六乙酸酯(MA)。15种多臂化合物分别是：五{10-(4’-(对烷氧基苯甲酸基)联苯)癸二单酸}葡萄糖酯(a1-a3)、五{6-(4-(对烷氧基苯甲酸基)苯)己二单酸}葡萄糖酯(a4-a6)、六{10-(4’-(对烷氧基苯甲酸基)联苯)癸二单酸}山梨醇酯(b1-b3)、八{6-(4-(对烷氧基苯甲酸基)苯)己二单酸}麦芽糖酯(cl-c3)和十一{6-(4-(对烷氧基苯甲酸基)苯)己二单酸}棉子糖酯(dl-d3)。主链液晶聚合物P1、P2和P3系列。所合成的15科多臂化合物和3个系列的主链液晶聚合物均未见报道。采用红外光谱、核磁共振法、差示扫描量热分析、偏光显微分析、旋光分析、X-射线、元素分析等研究方法对所合成的单体、多臂化合物和主链液晶聚合物进行了结构和液晶性能表征。详细地讨论了多臂化合物和主链液晶聚合物结构与性能的关系。分析结果表明：MA为手性单体,没有液晶性能,其比旋光度为α58920=+76.0°(氯仿溶液)。M4为非液晶单体,在升降温过程中只呈现出了熔融和结晶过程,未表现出液晶性能。M1、M2、M3、M6为热致互变向列型液晶单体,在升降温过程中呈现出了纹影织构。M5为热致单变向列型液晶单体,加热熔融后直接进入各向同性,未表现出液晶性,在降温过程中呈现出了向列相的纹影织构。本论文所合成的星型化合物都具有手性,但星型化合物所表现出的旋光性能与其手性中心却相反。如葡萄糖、麦芽糖、棉子糖都为右旋手性化合物,而以它们为中心合成出的星型化合物都表现出了左旋性能；本文所用的山梨醇为左旋化合物,而以它为中心合成出的星型化合物表现出了右旋性。一般来说,温度、溶剂的种类、链的长度和取代基的结构对手性化合物的旋光方向有一定的影响,本文星型化合物旋光性能的改变与其长的侧链有一定关系。但无论以哪种手性化合物为中心,对于相同中心的星型化合物,随着侧臂尾链的增长,星型化合物的比旋光度的绝对值都有所增加。所合成的多臂化合物除a4、c1、d1不具有液晶性能外,都表现出胆甾相液晶性能。当作为多臂化合物的侧臂具有液晶性能时,所合成的多臂化合物也呈现出液晶性能,但它们所表现出的液晶相类型却有所不同。当向列相的液晶臂M1、M2、M3、M5、M6引入葡萄糖、山梨醇、麦芽糖、棉子糖手性中心后,得到了胆甾型的多臂液晶化合物,表现出了指纹织构、grandjean织构、油丝织构和破碎焦锥等多种胆甾相所特有的织构。说明手性中心诱导具有一定结构的向列型液晶臂的多臂液晶产生了胆甾相。以葡萄糖为中心,M1-M3为侧臂合成出了五臂星型液晶a1-a3。所合成的星型液晶随着侧臂尾链的增长,熔点从123.0℃下降到85.0℃,液晶区间由51.0℃增宽至123.0℃。以山梨醇为中心,M1-M3为侧臂合成出了六臂星型液晶bl-b3。所合成的星型液晶随着侧臂尾链的增长,熔点从111.5℃下降到81.5℃,液晶区间由48.5℃增宽至110.5。C。对于a1-a3和b1-b3两类星型液晶,它们具有相同的液晶臂M1-M3,不同的手性中心即葡萄糖和山梨醇。以山梨醇为中心的多臂液晶具有较低熔点、清亮点及较窄的液晶区间。这是由于山梨醇的线形结构比葡萄糖的环状结构具有更大的柔性,因而所形成的星型液晶的空间结构规整程度较低,使得多臂液晶的熔点下降,液晶区间变窄以葡萄糖为中心,M4-M6为侧臂合成了五臂星型化合物a4-a6,其中a4为非液晶星型化合物,a5和a6为五臂星型液晶。随着侧臂尾链由CH30增长到C2H5O,熔点从151.2℃下降到145.5℃,液晶区间由42.3℃增宽至67.3℃。以麦芽糖为中心,M4-M6为侧臂合成了八臂星型化合物c1-c3,其中c1为非液晶星型化合物,c2和c3为八臂星型液晶。随着侧臂尾链由CH30增长到C2H5O,熔点从148.7℃下降到133.1℃,液晶区间由39.0℃增宽至53.7℃。以棉子糖为中心,M4-M6为侧臂合成了十一臂星型化合物dl-d3,其中d1为非液晶星型化合物,d2和d3为十一臂星型液晶。随着侧臂尾链由CH30增长到C2H50,熔点从150.4℃下降到121.1℃,液晶区间由43.5℃增宽至68.0℃。实验结果表明液晶臂尾链增长会使星型液晶的熔点降低,液晶区间增宽,有利于稳定多臂液晶化合物的液晶相。a5、c2、d2和a6、c3、d3它们具有相同的液晶臂M5和M6,不同的手性中心即葡萄糖、麦芽糖和棉子糖。比较发现随着手性中心糖环的增多,液晶区间略有变化,但变化幅度不大。旋光分析表明：P1和P2系列液晶聚合物具有右旋性能。P1系列的各聚合物随MA含量的增多,比旋光度增大；P2系列各样品的MA含量相同,各聚合物的比旋光度也基本相同。采用POM、DSC和X—射线等研究方法对三个系列的主链聚合物进行了液晶性能表征。结果表明：P1系列中P11为近晶型主链液晶聚合物,P12-P15为手性近晶型主链液晶聚合物,P16-P17为胆甾型主链液晶聚合物。P2为胆甾型主链液晶离聚物,P3为近晶型主链液晶离聚物。所合成的主链液晶聚合物均未见国内外报道。采用癸二酰氯(SD)、6,6’-二羟基麦芽糖六乙酸酯(MA)和对羟基联苯酚(BP)进行缩聚合成了P1系列聚合物。随着手性单体MA的增多,聚合物的Tg、Tm和Ti呈下降趋势,但下降的程度不同。当手性单体MA的含量达到20%[n(MA)/n(MA+BP)]时,聚合物的液晶类型由近晶型变为胆甾型。实验结果表明,手性基元MA的加入不但影响聚合物的热性能,同时也对聚合物的液晶相类型产生影响,即手性基元诱导主链液晶聚合物产生了胆甾相。通过对P1系列手性主链液晶聚合物的研究发现,加入一定量的手性基元,可以得到胆甾型主链液晶聚合物。因此,为合成出胆甾型主链液晶离聚物,采用了癸二酰氯和定量的手性基元MA分别与BP、2,5-二羟基苯甲酸(MC),通过溶液缩聚、中和反应合成了主链液晶离聚物P2系列。为研究手性基元对液晶离聚物性能的影响,采用癸二酰氯与BP、MC通过溶液缩聚、中和反应合成了不含手性基元的主链液晶离聚物P3系列。P3系列与P2对应样品中的离子含量相同。比较P2和P3系列可以看出：P2具有旋光性能,而P3没有；P3为近晶型主链液晶离聚物,而P2系列液晶离聚物表现出了胆甾相的液晶特征。实验结果表明,MA手性基元的加入不但使主链液晶聚合物产生了旋光性能,也使其液晶相类型发生了转变,即由近晶相转变为了胆甾相。同时,一定量MA手性基元的加入对P2系列聚合物的热性能产生了较大的影响,与P3系列相比,P2系列聚合物的Tg、Tm和Ti都有不同程度的下降,但液晶区间有所增大。这是由于聚合物中MA的加入, BP含量的降低,增大了聚合物链的柔性的原因。P2和P3系列主链液晶聚合物中离子(MC-Na)的引入并未改变其液晶相类型,只是对聚合物的热性能产生了一定的影响。这是由于离子的引入,会产生两个方面的影响,一方面随着离子含量的增加,BP的含量降低,聚合物链的刚性有所下降；另一方面随着离子含量的增加,聚合物分子链间相互作用力增强。又因为P2和P3系列中BP的含量不同,几方面共同作用,使P2和P3两个系列聚合物的热性能出现了不同的变化趋势。少量离子的引入,可以增大液晶区间,稳定液晶相；但大量离子的引入反而会破坏液晶相。