Tekući kristali i LCD polimeri. Temperature staklastog prijelaza polimera s različitim cps Temperature staklastog prijelaza tekućih kristalnih polimera
Tvrtka OLENTA prodaje veliki izbor polimernih materijala. Uvijek imamo na raspolaganju visokokvalitetne termoplaste, uključujući tekuće kristalne polimere. Zaposlenici koji rade u OLENTI imaju višu stručnu spremu i izvrsno su upoznati s posebnostima proizvodnje polimera. Ovdje uvijek možete dobiti savjet i bilo kakvu pomoć oko izbora materijala i organizacije tehnološkog procesa.
Polimeri s tekućim kristalima imaju vrlo visoku krutost i čvrstoću. Nemojte bljeskati tijekom bacanja. Preporučuje se za precizno lijevanje. Imaju izvrsnu dimenzijsku stabilnost. Karakteriziraju ih vrlo kratko vrijeme hlađenja. Odlikuju se izrazito niskom čvrstoćom zglobova. Ovdje ćete pronaći Toray polimer s tekućim kristalima. Materijal se proizvodi u tvornici u Japanu.
Toray polimer s tekućim kristalima
| Punjenje | Marka | Opis | Primjena |
| Stakleno punjenje | Polimer visoke čvrstoće, 35% stakleno punjenje | mikroelektronika |
|
| Kratko staklo | Polimer visoke tečnosti, 35% punjen staklom | mikroelektronika |
|
| Kratke čaše i minerali | Polimer super visoke protoka, 30% punjen staklom | mikroelektronika |
|
| Antistatički polimer, 50% punjenje | mikroelektronika |
||
| Staklo i minerali | Nisko savijanje, 50% punjenje | mikroelektronika |
|
| Minerali | Nisko savijanje, 30% punjenja | mikroelektronika |
Značajke polimera s tekućim kristalima
Za razliku od tradicionalnih polimernih spojeva, ovi materijali imaju niz karakterističnih svojstava. Polimeri s tekućim kristalima su spojevi velike molekularne težine koji mogu mijenjati svoje stanje pod utjecajem vanjskih uvjeta. Zbog fleksibilne molekularne veze, lanac makromolekula je sposoban mijenjati svoj oblik u širokom rasponu i formirati stabilnu i izdržljivu kristalnu strukturu.
Ovi polimeri zadržavaju stabilna svojstva čvrstoće do točke taljenja. Imaju vrlo visoku kemijsku otpornost i dielektrična svojstva.
Polimeri s tekućim kristalima naširoko se koriste u proizvodnji elektroničkih komponenti, posuđa otpornog na mikrovalne pećnice i medicinskih instrumenata.
O OLENTI
Naša tvrtka ima niz prednosti:
- razumne cijene;
- stručnjaci s velikim iskustvom;
- strogo poštivanje rokova i dogovora;
- širok raspon inženjerske plastike;
- suradnju s najvećim proizvođačima polimera.
OLENTA isporučuje polimere s tekućim kristalima isključivo od provjerenih proizvođača. To ne služi samo kao jamstvo besprijekorne kvalitete, već i minimizira sve rizike povezane s prekidima u opskrbi ili nepravilnim izvršavanjem obveza.
Kraj stola. 2
U linearnim polimerima temperatura staklastog prijelaza ovisi o molekulskoj težini, koja raste s njezinim rastom. U mrežastim polimerima stvaranje umrežene strukture dovodi do povećanja T s, što je više, to je prostorna mreža deblja.
Proces staklastog prijelaza praćen je promjenom mnogih svojstava polimera: toplinske vodljivosti, električne vodljivosti, indeksa loma, a ta se svojstva naglo mijenjaju pri T s.
Kad temperatura padne ispod T c u polimeru se smanjuje toplinsko gibanje kinetičkih fragmenata makromolekula. Da bi se izazvala čak i mala deformacija staklenog polimera, na njega se mora primijeniti veliko mehaničko opterećenje. U ovom slučaju polimer se ponaša poput elastičnog ili viskoelastičnog tijela. S daljnjim smanjenjem temperature, polimer se urušava poput krhkog tijela, uz praktički nestajuću deformaciju. Temperatura pri kojoj dolazi do krhkog razaranja polimera naziva se temperatura lomljivosti T xp Polimeri, u pravilu, rade u staklastom stanju, što odgovara području ja na termomehaničkoj krivulji (vidi sliku 8).
Visoko elastično stanje(VES) polimer karakterizira relativno visoka pokretljivost segmenata makromolekula. Očituje se samo kada su makromolekule znatne duljine (velike mase), a posebno je karakteristično za polimere fleksibilnog lanca s malim silama međumolekularne interakcije.
Uz značajne međumolekularne interakcije (dipoli, vodikove veze), AES se opaža na povišenim temperaturama, t.j. kada su sile međumolekularne interakcije oslabljene. Relativna lakoća usvajanja od strane makromolekule vrlo različitih konformacija pod utjecajem vanjskog mehaničkog naprezanja objašnjava gore navedene velike deformacije. T s (stotine posto). Nakon uklanjanja opterećenja, zbog toplinskog pomaka segmenata, makromolekule se vraćaju u svoje izvorne konformacije i postignuta visoka elastična deformacija nestaje, t.j. reverzibilan je. Ako se proces deformacije linearnog polimera odvija sporo, tako da makromolekule imaju vremena prijeći iz jedne ravnotežne konformacije u drugu, umjesto VES-a, polimer će biti u viskozno stanje(BTC). U termoplastici, WPP se promatra u temperaturnom rasponu T sa - T kamo
T k - temperatura protoka (taljenja) polimera na mjestu II
(vidi sliku 8).
U HTS-u, termoplastični polimer je tekućina i može nepovratno teći pod utjecajem relativno malih vanjskih sila, t.j. pokazuju plastičnu deformaciju. Tijekom strujanja, pojedine makromolekule se pomiču jedna u odnosu na drugu. Deformacija u MTC-u može se razvijati neograničeno i nepovratna je. Područje odgovara stanju viskoznog tečenja III na sl. osam.
Neki mrežasti polimeri također se mogu prenijeti u WPP. Međutim, kako temperatura raste iznad T c lagano omekšaju, a zatim se nepovratno uruše.
Kristalno stanje polimera. Mnogi termoplastični polimeri mogu postojati u kristalnom stanju. Dakle, polietilen, polipropilen, poliamidi mogu formirati mikroskopske kristale.
Kristalni, tekuće kristalni i orijentirani amorfni polimeri, poput monokristala, pokazuju anizotropija svojstava(slika 9).
Polimeri prelaze u kristalno stanje iz tekućine (taline, otopine) sa smanjenjem temperature. Kristalizacija se odvija kao rezultat fiksiranja položaja pojedinih segmenata i pojave dugodometnih trodimenzionalnih elemenata reda u njihovom rasporedu.
Za provedbu procesa kristalizacije u polimerima potrebno je poštivati neke potrebne, ali ne uvijek dovoljne uvjete.
Riža. 9. Anizotropija uređenih makromolekula. Vrijednosti koje je detektor odredio značajno će se razlikovati od smjera ispitivanja.
Prvo, za izgradnju kristalne strukture, potrebno je da molekule polimera budu redovito, tj. posjedovao linearnu lančanu strukturu s određenom izmjenom karika i njihovim ujednačenim rasporedom u prostoru u odnosu na glavni lanac.
Drugo, tijekom fazne transformacije trebalo bi doći do međusobnog pakiranja lanaca ili segmenata po principu bliskog pakiranja. Koeficijenti pakiranja (omjer unutarnjeg volumena makromolekula i pravog volumena tijela) za većinu kristaliziranih polimera su u rasponu od 0,62 ... 0,67 i blizu su koeficijentima pakiranja običnih krutih tvari. Očito je da je blisko pakiranje teško za makromolekule koje sadrže grane i glomazne bočne supstituente, što stvara sterične prepreke.
Treće, da bi došlo do kristalizacije, molekule polimera moraju imati određenu pokretljivost kako bi se lanci mogli pomicati i savijati u kristalnu strukturu. U praksi se kristalizacija može provesti blizu i ispod točke taljenja T pl. Tekući kristalni polimeri zadržavaju svoju kristalnu organizaciju i na temperaturama iznad T pl.
Ali čak i kada su ispunjeni svi ovi uvjeti, polimeri nisu potpuno kristalni.
Uz kristalne polimere uvijek sadrže amorfna područja, pa se nazivaju i kristalizirajućim. Dakle, sadržaj kristalne faze u polietilenu visoke gustoće doseže 75 ... 90%, au polietilenu niske gustoće ne prelazi 60%. Kristalne strukture su pak uvijek morfološki defektne (u obliku i prostornoj organizaciji).
Za razliku od spojeva niske molekularne težine, taljenje polimera se ne događa na određenoj temperaturi, već u temperaturnom rasponu određenom njihovom kemijskom strukturom, molekulskom težinom i kinetičkim značajkama. Za talište se uzima određena prosječna temperatura ovog intervala.
Stupanj kristalnosti, morfologija kristalnih struktura i raspon temperature taljenja polimera povezani su s vremenskom, kao i relaksacijskom prirodom procesa kristalizacije. Ako se temperatura polako snižava, nastaju raznovrsnije kristalne strukture.
Stol Slika 3 prikazuje prosječne točke taljenja nekih polimera.
Tablica 3
Prosječne točke taljenja
neki polimeri
Iz ovih podataka se vidi da T pl raste s povećanjem polariteta elementarnih jedinica polimera, pravilnošću njihove strukture i smanjenjem fleksibilnosti makromolekula.
Supramolekularna struktura polimera(NMS) odražava fizičku organizaciju makrolanaca i karakterističan je za sve polimere, bez obzira na njihovo fizičko i fazno stanje. Razlog za pojavu NMS leži u međumolekularnoj interakciji makrolanaca. Morfološki, NMS polimera su složeni, prostorno različiti agregati različitih veličina i oblika, nastali pakiranjem makromolekula na određeni način. U stvaranju supramolekularnih struktura očituje se temeljno svojstvo fleksibilnog lanca - sposobnost savijanja (svezivanja) ili smotanja u kuglice "na sebi".
Fleksibilne makromolekule mogu imati oblik zapetljavanja. Stabilnost takvog oblika određena je najmanjim vrijednostima površinske i površinske energije. Zavojnica se sastoji od jedne ili više makromolekula, dok su pojedini dijelovi lanca unutar nje nasumično smješteni. Ovaj LMS tipičan je za većinu amorfnih polimera i nastaje tijekom njihove pripreme.
U polimerima sa M> 104 široko rasprostranjene strukture koje obično nastaju u fazi taline ili otopine kao rezultat djelovanja međumolekularnih sila ili pri savijanju jedne makromolekule ili njezinih segmenata, ili kada se linearni fragmenti susjednih makromolekula približavaju jedni drugima. Preklopljene formacije ( snopovi) mogu formirati veće i morfološki komplicirane strukturne agregate - fibrili(slika 10,
a, b). U sintetiziranim polimerima snop-fibrilar struktura (sl. 10, v) prethodi formiranju razvijenijih supramolekularnih struktura - lamele(slika 10, G).
Riža. deset. a- dijagram izgleda paketa i fibrila u polimerima; b- pakiranje makromolekula u orijentirani kristalni polimer; v- dijagram strukture kristalnog fibrila s naknadnim polaganjem u lamele ( G)
Ovisno o uvjetima kristalizacije, NMS može ostati fibrilaran ili se transformirati u lamelarni (lamelarni) ili sferulit(slika 11, v, G).
| a) |
| G) |
| v) |
| b) |
Riža. 11. Vrste kristalnih formacija u polimerima: a- kristalit;
b- fibril; v- radijalni sferuliti; G- prstenasti sferuliti
Potonji nastaju iz fibrila koji se razvijaju iz jednog središta u obliku kugle i drže ih tzv. kroz lance, tj. područja makromolekula koja su dio susjednih sferulita. Vodeći lanci tvore amorfna područja u kristalnom polimeru. Sferoliti se mogu stvoriti ne samo polaganjem fibrila, već i lamelama.
Gustoća polimera u kristalima, zbog gušćeg pakiranja makromolekula, pokazuje se višom nego u interstrukturnim zonama ispunjenim neuređenim makrolancima i višom nego u amorfnim područjima. Vrijednosti prosječne gustoće nekih polimera (ρ), gustoće kristalnih (ρ cr) i amorfnih (ρ am) komponenti date su u tablici. 4.
Tablica 4
Vrijednosti gustoće polimera, kg / m 3
MOSKVA, 21. kolovoza - RIA Novosti. Zaposlenici Kemijskog fakulteta i Fakulteta temeljne fizike i kemijskog inženjerstva Moskovskog državnog sveučilišta po imenu M.V. Lomonosov je u suradnji sa inozemnim kolegama sintetizirao i istražio nove polimere tekućeg kristala osjetljive na svjetlost. Rad je proveden u okviru projekta podržanog donacijom Ruske znanstvene zaklade, a rezultati su objavljeni u časopisu Macromolecular Chemistry and Physics.
Znanstvenici s Moskovskog državnog sveučilišta, u suradnji s češkim kolegama s Instituta za fiziku (Prag), sintetizirali su i istražili nove LC polimere koji kombiniraju optička svojstva tekućih kristala i mehanička svojstva polimera. Takvi polimeri mogu brzo promijeniti orijentaciju molekula pod djelovanjem vanjskih polja, a istodobno su sposobni tvoriti prevlake, filmove i dijelove složenih oblika. Važna prednost ovakvih sustava u odnosu na tekuće kristale niske molekularne težine je da LC polimeri na sobnoj temperaturi postoje u staklastom stanju, što fiksira orijentaciju molekula.
© Alexey Bobrovsky, Moskovsko državno sveučilište
© Alexey Bobrovsky, Moskovsko državno sveučilište
LC polimeri se sastoje od molekula visoke molekularne težine koje se nazivaju makromolekule. Imaju češljastu strukturu: fotoosjetljivi “tvrdi” azobenzenski fragmenti (C₆H₅N = NC₆H₅) vezani su za glavni fleksibilni polimerni lanac pomoću “odvajanja” od sukcesivno povezanih molekula CH2. Ovi fragmenti imaju tendenciju da budu uređeni i mogu tvoriti razne vrste "pakiranja" - tekuće kristalne faze. Kada svjetlost upadne na takve polimere, azobenzenske skupine se preuređuju, što mijenja optička svojstva polimera. Takvi polimeri nazivaju se fotokromni.
Znanstvenici su posebnu pozornost posvetili procesima fotoizomerizacije i fotoorijentacije. Fotoizomerizacija je preuređenje veza unutar molekule polimera pod djelovanjem svjetlosti. Orijentacija fotografije je promjena orijentacije krutih azobenzenskih (u ovom slučaju) fragmenata pod djelovanjem linearno polarizirane svjetlosti, u čijem je snopu smjer oscilacija električnog polja strogo definiran. Tijekom ciklusa fotoizomerizacije pod djelovanjem polarizirane svjetlosti fragmenti azobenzena mijenjaju svoj kut. To se događa sve do trenutka kada njihova orijentacija postane okomita na ravninu polarizacije upadne svjetlosti, a fragmenti više ne mogu apsorbirati svjetlost.
Najprije su znanstvenici s Moskovskog državnog sveučilišta, u suradnji s kolegama s Instituta za fiziku Akademije znanosti Češke, sintetizirali monomere od kojih su na Moskovskom državnom sveučilištu dobiveni LC polimeri. Ponašanje faza i temperature faznih prijelaza polimera autori su proučavali metodama polarizacijske optičke mikroskopije i diferencijalne skenirajuće kalorimetrije. Detaljna struktura faza proučavana je rendgenskom strukturnom analizom na Fakultetu fundamentalne fizike i kemijskog inženjerstva Moskovskog državnog sveučilišta.
© Ruska akademija znanosti
© Ruska akademija znanosti
Objašnjava jedan od autora članka, profesor Ruske akademije znanosti, doktor kemije, glavni istraživač Odjela za makromolekularne spojeve Kemijskog fakulteta Moskovskog državnog sveučilišta. Lomonosov Alexey Bobrovsky: "Fotoizomerizacija i fotoorijentacija otvaraju velike izglede za stvaranje takozvanih pametnih materijala. Oni reagiraju na razne vanjske utjecaje i mogu se koristiti za pohranu, snimanje i prijenos informacija u optičkim uređajima različite složenosti. Ovi specifični polimeri su malo je vjerojatno da će se koristiti u praksi, jer su preskupi i njihova sinteza nije laka. S druge strane, daleko je od uvijek moguće predvidjeti koji će sustavi naći primjenu, kada i kako", zaključio je znanstvenik.
Polimeri s tekućim kristalima (LCP) su klasa jedinstvenih termoplasta koji prvenstveno sadrže benzenske prstenove u polimernim lancima, koji su strukture poput šipke organizirane u velike paralelne matrice. Oni su visoko kristalni, prirodno otporni na plamen, termotropni (otopljeni) termoplasti. Iako su slični polukristalnim polimerima, LCP-ovi imaju svoje osebujne karakteristike.
Riža. 1. Tipična strukturatekući kristalni polimer - Ticona.Prilikom taljenja, tradicionalni polukristalni polimeri imaju kaotičnu (neuređenu) strukturu, koja, kako se hladi, tvori visoko uređena kristalna područja okružena amorfnom matricom. LCP molekule ostaju dobro uređene čak iu talini i lako proklizavaju jedna pored druge kada se otkinu. Kao rezultat toga, imaju vrlo nisku viskoznost taline, što olakšava punjenje vrlo tankih stijenki i reprodukciju najsloženijih oblika. Pokazuju vrlo malo (ili nimalo) skupljanja u smjeru strujanja i potrebno im je vrlo malo vremena za stvrdnjavanje ili stvrdnjavanje. Kako bi proces bio točan, mnogi procesori i dizajneri koriste polimere s tekućim kristalima za izradu dijelova tankih stijenki koji bi mogli izdržati visoke temperature.
Vectra E130: LCP električni brendovi
Vectra Liquid Crystal Polymers (LCPs) iz Ticone (Celanese / Hoechst AG Engineering Polymers) su visoko kristalni, termotropni (otopljeni) termoplasti koji mogu pružiti iznimno točne i stabilne dimenzije, izvrsne performanse pri visokim temperaturama, visoku krutost i otpornost na kemikalije kada se koriste za proizvodnju vrlo tankih stijenki. Polimer također ima nizak koeficijent toplinskog širenja, isti u sve tri aksijalne dimenzije (x, y, z). Može izdržati temperature SMD lemljenja, uključujući i one potrebne za lemljenje bez olova. Ova svojstva dovela su do toga da se Vectra LCP koristi za mnoge elektroničke aplikacije kao što su utičnice, zavojnice, prekidači, konektori i senzori. Mnoge vrste su imale bolji učinak od keramike, termoreaktivnih materijala i drugih visokotemperaturnih plastičnih materijala bez stvaranja ostataka ugljika (ili stvaranja količina koje se mogu zanemariti).
Kada je Vaupell Industrial Plastics trebao stvoriti unutarnju oblogu za bateriju za vojne naočale visoke preciznosti za noćno gledanje, koristio je Vectra E130i LCP kako bi olakšao razvoj proizvoda praktički eliminirajući skupljanje kalupa. Proizvod također pruža izvrsnu izdržljivost u širokom temperaturnom rasponu.
Unutarnja brtva kućišta baterije umetnuta je u aluminijsku vanjsku školjku, razmak između njih nije veći od 0,05 mm. Detalj, izrađen u obliku lista djeteline, ima maksimalnu veličinu presjeka od 5,08 cm, duljina je također 5,08 cm, stijenke, otvorene dolje i odozgo, imaju debljinu od 0,56 mm. Zaobljena prirubnica duž cijelog gornjeg ruba drži ga na mjestu unutar vanjske ljuske.
Sljedeća generacija LCP-ova visoke čvrstoće
DuPontova nova generacija tekućeg kristalnog polimera radne smole, Zenite LCP iz DuPont-a, nudi veliku nadu: snagu, krutost i preciznost konektora za elektroničke uređaje i druge oblikovane komponente. Testovi su pokazali da konektori oblikovani od Zenite 6130LX pružaju vrhunsku otpornost na oštećenja tijekom automatiziranog umetanja pinova i montaže ploče. Nova smola se također može koristiti za proizvodnju dijelova s manjom deformacijom, što poboljšava pristajanje dijelova i povećava točku tečenja pri lemljenju. U destruktivnim testovima na glavi stražnje ploče, nova smola pruža 21% povećanje otpornosti na lom, 32% povećanje otklona prije oštećenja i elastičniju / manje krhku vrstu loma. U testu se koristi preša opremljena konusnim alatom za odvajanje stijenki konektora. Izmjerena je sila loma i otklon zidova. Poboljšanja čvrstoće i krutosti također su očita u odnosu na standardne podatke za vlačnu čvrstoću, vlačnu čvrstoću, modul savijanja i čvrstoću na savijanje.
Uzorci oblikovanih konektora izrađeni od Zenite 6130LX također su pokazali značajno povećanje čvrstoće linije šava. Kada su kontakti postavljeni u ispitne uzorke izrađene od LCP-a prve generacije, pojavile su se male pukotine na linijama šavova. Na dijelovima oblikovanim novim smolama nisu pronađene pukotine. Druga ispitivanja su pokazala da su dijelovi izrađeni od nove smole manje deformirani. Konvergencija bočne stijenke ispitnog konektora bila je 23% manja od konvergencije dijela formiranog od LCP-a rane generacije. Zenite 6130LX je također otporniji na različite uvjete lemljenja. Njegova otpornost na savijanje je 280ºC, 15ºC veća od ostalih LCP-ova. Tipične primjene uključuju širok raspon komponenti za: električnu / elektroničku industriju, rasvjetu, telekomunikacije, automobilske sustave paljenja i punjenja goriva, zrakoplovstvo, optička vlakna, proizvodnju motora, uređaje za snimanje, senzore, opremu za peći, strukture goriva i plinske barijere itd.
Vectra MT LCP medicinskih marki
Vectra Liquid Crystal Polymer zamijenio je nehrđajući čelik u raznim medicinskim primjenama. Određeni Vectra LCP razredi u skladu su sa smjernicama USP klase VI i otporni su na gama, autoklaviraju se parom i većinom kemijski steriliziraju.
Ticona posjeduje osam robnih marki Vectra LCP MT za upotrebu u aplikacijama medicinske tehnologije (MT) kao što su medicinski uređaji, sustavi za pakiranje i isporuku lijekova i druge aplikacije u zdravstvu. Ticonine MT ocjene zadovoljavaju zahtjeve biokompatibilnosti USP 23 klase VI za kožu, krv i tkivo. Ticonine robne marke medicinske klase također su u skladu s Direktivom Europske zajednice 2002/72 / EC za primjene u kontaktu s hranom i BfR standardima. BfR je skraćenica za njemački savezni institut za procjenu rizika (bivši BgVV, njemački savezni institut za zdravlje potrošača i veterinarsku medicinu). Ticona Vectra LCP smole za medicinsku tehnologiju pružaju proizvođačima lijekova i opreme širok raspon mogućnosti dizajna i obrade. To uključuje punjene i nepunjene vrste za injekcijsko prešanje i obradu ekstruzijom, kao i vrste s različitim svojstvima tečenja i aditiva od kojih se izrađuju dijelovi s niskim trenjem i velikom otpornošću na habanje, poboljšanim izgledom, većom krutošću i drugim svojstvima. Vrste Vectra LCP MT pružaju izvrsnu čvrstoću, krutost, otpornost na puzanje, stabilnost dimenzija i visoka svojstva tečenja za duge tanke rezove. Imaju izvrsnu toplinsku i kemijsku otpornost i mogu izdržati ponavljane cikluse sterilizacije. Mogu zamijeniti metal u medicinskoj i stomatološkoj opremi, koristiti u visoko strukturiranim komponentama sustava za isporuku lijekova i zadovoljiti potrebe uređaja za minimalno invazivnu kirurgiju i druge primjene.
3.4. Tekuće kristalno stanje polimera
3.4.1. Priroda tekućeg kristalnog stanja tvari
Struktura tvari u stanju tekućeg kristala je srednja između strukture tekućine i kristala. Ovo međustanje naziva se mezomerno, od "mesos" - srednje. Postoji nekoliko vrsta mezofaza:
tekući kristali, koji se mogu nazvati poziciono neuređenim kristalima ili orijentacijski uređenim tekućinama, tvore ih molekule anizotropnog oblika (izduženi), uključujući makromolekule krutog lanca;
plastični kristali formirani od molekula s niskom anizotropijom oblika, polimernih globula, karakterizira ih prisutnost položaja i odsutnost orijentacijskog reda;
condis kristali formirani od makromolekula fleksibilnog lanca i organskih cikličkih struktura.
Molekule ili fragmenti makromolekula koji tvore mezofaze nazivaju se mezogeni, a odgovarajući kristali mezomorfni. Najčešća osobina tekućih kristala je anizotropija svojstava, što posebno dovodi do njihove zamućenosti. Upravo zahvaljujući ovoj osobini tekući kristali su otkriveni krajem 19. stoljeća. F. Reinitzer - kada se temperatura snizila, tekuća tvar kolesteril benzoat se zamutila, a zatim, kada je temperatura porasla, postala je prozirna. Postojanje temperature čišćenja jedan je od karakterističnih znakova prisutnosti uređenja tekućih kristala. Drugi karakterističan znak nastanka mezofaze je blagi toplinski učinak. Vrsta molekularnog pakiranja, njegov karakterističan uzorak - "tekstura", određuju se u polarizacijskom mikroskopu. Parametri strukture tekućih kristala određuju se rendgenskom difrakcijskom analizom. Tekući kristali koji nastaju u talinama tijekom taljenja kristalnih tijela nazivaju se termotropski. Tekući kristali koji se pojavljuju u otopinama pri promjeni njihove koncentracije nazivaju se liotropni.
Prvi znanstvenici koji su predvidjeli mogućnost formiranja mezofaze polimerima bili su V. A. Kargin i P. Flori. Šezdesetih godina prošlog stoljeća. Redoslijed tekućih kristala otkriven je prvo za polimere krutog lanca, a zatim za polimere sa fleksibilnim lancem. Važna prednost polimera s tekućim kristalima u odnosu na tekuće polimere male molekularne mase je sposobnost prvih staklastog prijelaza, zbog čega je struktura tekućeg kristala fiksirana u čvrstom stanju. Ova okolnost značajno proširuje područja praktične uporabe razmatranog fenomena, posebice u uređajima za snimanje i pohranu informacija.
Glavni kriterij za mogućnost prijelaza polimera u mezomorfno stanje je omjer duljine segmenta ili fragmenta supstituenta i promjera x = L / d >> 1, koji zadovoljavaju aromatski poliamidi, eteri celuloze. , spiralni polipeptidi, DNA, polimeri u obliku češlja, itd. koncentracija faznog prijelaza:
gdje je A konstanta jednaka 5-10. Ovaj odnos je dobro zadovoljen za liotropne sustave, t.j. otopine krutih lančanih polimera s različitim mehanizmima fleksibilnosti - postojani, rotacijsko-izomerni, slobodno artikulirani. Postoje tri glavne vrste kristalne faze: nematska, smektička i kolesterična (slika 3.16). U prvom, molekule se teže orijentirati u jednom poželjnom smjeru; u drugom, duž poželjnog smjera predstavljenog spiralom; u trećoj, uz orijentaciju molekula, postoji dalekosežni translacijski poredak u jednoj ili više dimenzija, drugim riječima, slojeviti poredak.
Tekuća kristalna faza može se formirati u otopinama i talinama polimera krutog lanca, kao i kopolimera, čije makromolekule sadrže fleksibilna i kruta područja. Redoslijed tekućih kristala polimera polifosfazena, polidietilsiloksana i polidipropilsiloksana, koji očito ne zadovoljavaju L >> d kriterij, naveo nas je na pretpostavku da pod određenim uvjetima lanac može postati stvrdnut, spontano se izravnati, a zatim presavijati u tzv. naziva condis kristal. Ovaj izraz označava konformacijski neuređeni kristal s proširenim lancima.
Prvu teoriju nematičkog uređenja polimera s tekućim kristalima predložio je L. Onsager 1949. godine za modelno rješenje cilindričnih dugih šipki duljine L i promjera d pod uvjetom L >> d. Ako otopina volumena V sadrži N štapića, tada su njihova koncentracija c i volumni udio φ jednaki:
Zbog toplinskog gibanja makromolekula, orijentacija njihovih dugih osi duž jednog smjera u redoslijedu tekućih kristala ne može biti stroga, njihova raspodjela u smjerovima u odnosu na zadani karakterizira funkcija raspodjele. Za sustav koji se razmatra, umnožak je jednak broju šipki po jedinici volumena sa smjerovima koji leže unutar malog krutog kuta. oko vektora. Vektor može uzeti bilo koji smjer, u ovom slučaju, za izotropno rješenje = const, za uređeno, ima maksimum u smjeru koji se poklapa sa smjerom orijentacije.
U Onsagerovoj teoriji, Gibbsova funkcija otvaranja štapova izražava se kao zbroj tri člana:
gdje G 1 predstavlja doprinos Gibbsovoj funkciji povezanoj s pomakom štapova, G 2 uzima u obzir gubitke entropije neizbježne u prijelazu u uređeno stanje. Najveći je interes treći član G 3, koji se odnosi na Gibbsovu funkciju (slobodna energija) međudjelovanja štapića. Prema Onsageru,
gdje je V (γ) drugi viralni koeficijent interakcije štapova, čije duge osi čine kut y. U tom je slučaju interakcija štapova ograničena samo njihovim mogućim odbijanjem zbog međusobne neprobojnosti. Prema tome, količina V (γ) jednaka je volumenu koji je isključio jedan štap za kretanje drugoga.
Iz slike 3.17 proizlazi da su isključeni volumen i, prema tome, B (γ) jednaki:
što odgovara paralelepipedu prikazanom na sl. 3.17.
Iz (3.118) se može vidjeti da je pri γ → 0, G 3 → 0, dakle, orijentacijsko uređenje ili, drugim riječima, paralelni raspored štapova termodinamički povoljan, jer dovodi do smanjenja Gibbsove funkcije sustav. Ovaj zaključak je opći. Vrsta molekularnog pakiranja mezofaze, njezina tekstura, koliko god bila bizarna, uvijek odgovaraju minimalnoj vrijednosti Gibbsove funkcije.
U Onsagerovoj teoriji dobiveni su sljedeći konačni rezultati.
1. Orijentacijsko uređenje u otopini dugih krutih šipki je fazni prijelaz drugog reda.
2. Za φ< φ i , раствор изотропен, при φ >φ a - anizotropan, na φ i< φ < φ a раствор разделяется на две фазы - изотропную и анизотропную.
3. Prijelazne regije povezane su s karakteristikama asimetrije makromolekule:
Flory je također teoretski proučavao sređivanje tekućih kristala u otopini krutih šipki na temelju rešetkastog modela otopine. Izveo je sljedeći odnos između kritične koncentracije i parametra asimetrije:
Kada je koncentracija štapića ili štapićastih makromolekula krutog lanca jednaka, otopina se dijeli na dvije faze - izotropnu i anizotropnu (tekuće-kristalnu). S povećanjem φ 2>, relativna količina prvog opada, drugog raste, u granici će cijela otopina postati tekućina. Opći prikaz faznog dijagrama otopine s tekuće-kristalnim uređenjem štapićastih molekula prvi je dobio Flory. Odgovara onom prikazanom na sl. 3.18 fazni dijagram otopine sintetskog poli-γ-benzil-L-glutamatnog polipeptida. Gornji lijevi dio dijagrama odgovara izotropnoj fazi, gornji desni - anizotropnoj fazi, srednji dio, omeđen krivuljama, odgovara koegzistenciji izotropne i anizotropne faze.
Dijagrame ove vrste karakterizira postojanje uskog koridora za razdvajanje faza. Vjeruje se da bi trebao konvergirati u točki koja odgovara hipotetskoj temperaturi prijelaza polimera iz izotropnog u tekuće kristalno stanje. Jasno je da se ova točka treba nalaziti u gornjem desnom kutu dijagrama, pa iz toga slijedi da se s porastom temperature koridor treba suziti i skrenuti udesno. Kada temperatura poraste iznad 15 °C (početak koridora), omjer koncentracija polimera u koegzistirajućim izotropnim i anizotropnim fazama relativno se malo razlikuje - (F 2) od / (F2) anis = 1,5. Ovaj rezultat je predvidio Flory. Kod T< 15 °С в широкой двухфазной области концентрация полимера в анизотропной фазе (φ 2 ≈ 0,7 - 0,85) значительно выше по сравнению с изотропной (φ 2 ≈ 0,01-0,05).