红外光谱在液晶聚合物材料中的应用 

红外光谱在液晶聚合物材料中的应用

红外光谱

在液晶高分子材料中的应用红外光谱

在液晶高分子材料中的应用红外光谱由于其高分辨率和对分子结构的实时跟踪能力，在液晶高分子的研究中尤为重要。此外，近年来偏振二色性技术、时间分辨步进扫描技术等技术的发展，进一步提高了红外光谱的分辨率，对液晶聚合物的分子结构、相变、基团取向等机理的研究也使人们对液晶有了更深入的了解。本文介绍了红外光谱表征液晶高分子材料的研究进展，特别是液晶高分子的相变行为、液晶高分子体系中氢键的组成以及液晶共聚物与共混物的相容性等方面的研究。分别分析了具体的应用实例。

关键词红外光谱液晶聚合物相变共聚物和共混氢键1，背景介绍1，红外光谱技术介绍

红外光谱是一种吸收光谱，其能量远小于紫外光和可见光的辐射能量，它只能刺激分子中原子核之间的振动和转动能级之间的跃迁红外光的波数可分为近红外区(10000-4000厘米-1)、中红外区(4000-400厘米-1)和远红外区(400-10厘米-1)最常用的一个是中红外区，在那里大多数化合物的化学键振动能级的转变发生在[1]红外光谱具有很高的特征，不仅可以用来研究分子的结构和化学键，如力常数的测定，还可以广泛地表征和识别各种化学物质。

基团吸收带的位置决定了分子能级的分布，这是定性的基础。吸收带的强度与跃迁几率和样品中基团的含量有关，具有定性和定量的双

重性。极化方向与跃迁偶极方向有关，可以用来确定群排列的方向和位置。因此，红外光谱不仅可以确定聚合物的结构，还可以确定其结晶度和立体构型。用红外偏振光测量聚合物键的取向2.液晶聚合物简介

所谓的液晶是指一种物质，它失去了固体物质的刚性，在被加热熔化或被溶剂溶解后获得了液体物质的流动性，但仍然部分地保持了晶体物质分子的有序排列，从而在物理性质上呈现各向异性，并形成具有晶体和液体的某些性质的过渡状态，称为液晶态[2]它是一种新型高分子材料，在一定条件下存在于液晶相中。与其他聚合物相比，它具有液晶相特有的分子取向序列和位置序列。与小分子液晶相比，它还具有高分子量特性，这使得这种材料具有优异的各向异性、良好的耐热性和成型加工性。 -1-

红外光谱在液晶高分子材料中的应用

液晶可分为溶致液晶聚合物和热致液晶聚合物前者在溶剂中呈液晶状态，而后者由于温度变化呈液晶状态。热致液晶聚合物是继溶致液晶聚合物之后出现的一种新型聚合物，具有优异的综合性能，可以通过注射成型和挤出成型来加工。液晶聚合物分子的主链是刚性的，分子紧密堆积，在成型过程中高度取向，因此液晶聚合物分子具有小的线膨胀系数，低的成型收缩率，非常突出的强度和弹性模量，优异的耐热性，高的载荷变形温度，有的可以达到340℃以上LCP还具有优

异的耐化学性和气密性。此外，一些液晶聚合物具有一些特殊的功能，如光电导液晶聚合物、功能液晶聚合物分离膜和生物液晶聚合物。通常，热致液晶聚合物具有良好的流动性，并且易于加工和形成。模制产品具有液晶聚合物特有的皮芯结构，并且树脂本身具有纤维性质，并且在熔融状态下具有高取向，从而实现纤维增强的效果。这也是液晶聚合物最显著的特点。

近年来，液晶聚合物的研究日益深入。由于其高强度、高刚性、耐高温、电绝缘性好等特点，被广泛应用于电子电子、光纤、汽车航天、超分子组装、平板显示、纳米材料模板合成等领域。第二，红外光谱在液晶聚合物

中的应用更常用于表征液晶聚合物。利用差示扫描量热法(DSC)、偏光显微镜(POM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、核磁共振(NMR)、小角中子散射(SANS)等方法研究液晶相的形成机理和微观结构的变化。其中，差示扫描量热法可以准确地提供样品在变温环境中的相行为，如玻璃化转变温度、各种相变温度以及相应的热力学参数聚甲醛易于使用，并能给出有关液晶状态的相变、结构、分子取向和光学性质的信息，如光轴数量、正负光学性质、双折射等。x射线技术对于确定液晶状态的类型是最有效的，特别是对于各种近晶液晶状态的识别以及对于分子取向和有序度的研究。然而，上述方法不能提供关于分子间相互作用和分子链构象变化的信息。利用红外光谱进行研究可以获得分子间相互作用的信息。此外，它还可用于研究分子内和分子间的氢键、液晶相的形成机理、共混物和共聚物的相容性以及在外场

作用下的液晶取向等。1.红外光谱用于研究液晶聚合物的相变行为 红外光谱是研究液晶聚合物相变行为的重要表征方法液晶聚合物的相变是内部液晶单元取向变化的结果。因此，相变行为的研究通常需要从 -2-

红外光谱在液晶高分子材料中的应用开始。红外光谱只是提供了一种研究基本结构单元组振动的手段，所以近年来，研究人员越来越重视将红外光谱引入液晶聚合物的相变过程。

甲壳类液晶聚合物是由周其峰教授于1987年在[首次提出并研究的一种具有刚性链性质的侧链液晶聚合物与其他类型的侧链液晶复合物不同，液晶单元和主链之间的间隔基非常短或者通过共价键直接连接。独特的连接方式使大体积、高密度的侧基与主链一起形成超分子“圆柱”结构，聚合物显示的液晶性正是源于超分子“液晶元件”的有序排列壳型液晶聚合物的重要特点是通过侧链型液晶聚合物的合成方法可以得到具有主链型液晶聚合物性能的聚合物，可进一步用于高性能材料的开发。因此，自这一概念提出以来，新型结构聚合物的合成、液晶相结构的研究以及潜在的应用研究受到了广泛的关注。 李县委等合成了高脱乙酰度壳聚糖，并用红外光谱对其进行了表征。图1是具有高脱乙酰度的壳聚糖的红外光谱[4] 图1高脱乙酰度壳聚糖的红外光谱图

3438cm-1为φ υ(C=O-h)和φ (n-h)伸缩振动吸收峰的重叠峰，

2982cm-1、2879cm-1的双峰为φ (c-h)的伸缩振动峰，1709cm-1为φ (c = o)的峰，即酰胺ⅰ带。1608cm-1是δ(N-H)的峰(包括~1550的酰胺ⅱ带)，1416cm-1和1379cm-1是δ(CH2)和δ(CH3)的剪切振动峰，1336cm-1是υ(C-N)和δ(N-H)的ⅲ带，1156cm-1是υas(C-O-C)的峰，1076cm-1是仲醇羟基υ(C)的峰酰胺ⅰ带、酰胺ⅱ带、酰胺ⅲ带和C-CH3形变振动的吸收峰较弱，表明本实验中使用的壳聚糖具有较高的脱乙酰度。

图2是高度脱乙酰壳聚糖的偏振光显微照片。在偏振光显微镜下，观察了 -3-

红外光谱在液晶高分子材料中的应用。同时，还观察到胆甾相的黑白交替指纹结构，表明液晶相[4]的存在 图2

壳聚糖分子中具有高脱乙酰度(100倍)羟基和氨基的壳聚糖的极化显微照片能够吸附和络合金属离子形成稳定的络合物，能够有效地捕获和吸附溶液中的重金属离子作为一种新型重金属离子吸附剂，它具有来源广泛、吸附效率高、无毒、易降解等优点。在水处理方面具有巨大的潜力和应用前景。

2，红外光谱用于研究液晶聚合物体系中的氢键组成

红外光谱是研究液晶聚合物体系中氢键的常用方法，因为红外光谱对氢键相互作用非常敏感，并且带的频率通常随氢键相互作用的强度