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研究生: 簡孜潔
Chien, Chih-Chieh
論文名稱: 含不同光致變及末端基團之液晶共聚高分子之合成及特性探討
Synthesis and Characterization of Liquid Crystalline Copolymers Containing Various Photochromic Moieties and Terminal Groups
指導教授: 劉瑞祥
Liu, Jui-Hsiang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 113
中文關鍵詞: 光變色性合成偶氮苯液晶光異構化光學活性
外文關鍵詞: chiral, synthesis, liquid crystals, photochromic, azobenzene, photoisomerization
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  • 本研究合成一系列具有不同光致變性基團azobenzene (N=N) 或stilbene (C=C)的光致變性單體,在分子結構設計上導入不同的末端基團,包含拉電子基NO2 (M1, M3, M6)、COOC2H5 (M5)以及推電子基OCH3 (M2, M4),探討其對於熱性質及光學性質上的影響,同時改變不同的前端聚合基團(polymerizable groups),分為acrylate (M1, M2)以及vinylbenzoate (M3-M6)兩個系統,除了探討其在聚合結果上的表現,同時探討其對於液晶相的形成及液晶相溫度範圍上的影響。我們加入末端含膽固醇基團的光學活性液晶單體M7與光致變性基團合成兩元側鏈型液晶共聚高分子(P1-P6),以及導入第三個單官能性液晶單體M8一同做共聚,得到三元側鏈型液晶共聚高分子(P7-P12)。研究中所合成的一系列液晶高分子,以不同組成,在相同的條件下,以自由基聚合法聚合而成,均以FT-IR、1H-NMR、EA 鑑定分子結構,DSC、TGA、UV-Vis、GPC、X-ray 和POM 分析聚合物之耐熱性及光學性質。所合成之共聚高分子均為層列型液晶高分子,高分子重量平均分子量約為8.9×103~2.79×104 gmol-1,而10 wt % 熱重損失皆可高達到300 oC 以上,具有良好的耐熱性質。光致變性液晶共聚高分子經由不同波長UV光的照射使光致變性基團進行E-Z光異構化反應或2+2環化反應,達到可逆或不可逆的光化學反應,由於進行E-Z光異構化反應時,分子構形的改變影響了整體液晶分子的排列,造成液晶相溫度範圍和液晶相紋裡結構改變,文中皆有詳細的探討。從我們的實驗結果顯示,此系列二元及三元高分子可以期待應用於不可逆數據記錄(irreversible data recording)和可覆寫的數據儲存系統(rewritable data storage)。

    A series of novel photochromic monomers and polymers containing various photochromic moieties, polymerizable and terminal groups were designed and synthesized. The structural effect on both optical properties and E/Z photoisomerization of liquid crystals was also investigated. The chemical structures of the synthesized compounds were identified using FTIR, NMR, and EA analyzer. The thermal and optical properties of polymers were evaluated using TGA, DSC, UV-Vis, X-ray and POM. The textures of mesophase for liquid crystalline monomers and polymers were confirmed through polarized optical microscopy (POM) and X-ray diffraction analyzer. Molecular weight of the synthesized polymers was estimated using gel performance chromatography (GPC). Thermal stability of polymers was evaluated by TGA technique. Thermal degradation of 10 % weight loss of liquid crystalline polymers was found to be higher than 300 oC, indicating that the synthesized polymers have higher thermal resistance. Synthesized binary and ternary liquid crystalline copolymers containing N=N and C=C photochromic segments revealed one reversible and one irreversible photochromic properties. Smectic liquid crystalline polymer films with various photochromic groups fabricated in this investigation could be used as irreversible image recording and rewritable data storage systems. The results of this investigation present significant scientific and practical contributions with respect to the development of unique functional photochromic polymer materials.

    目 錄 中文摘要 I 英文摘要 II 致 謝 III 目 錄 V 表目錄 VIII 圖目錄 IX Scheme XIV 符號表 XVI 第一章 緒 論 1 1-1 前言 1 1-2 研究動機與方向 2 第二章 原理與文獻回顧 3 2-1 液晶簡介 3 2-2 液晶的分子構造 5 2-3 液晶的分類 6 2-3-1 熱向型液晶的分子排列 8 2-3-2 熱向型液晶的物理性質及光學異方性 13 2-3 熱向型液晶高分子液晶概論 16 2-4 光致變系統簡介 20 2-4-1 光變色材料之光變色機制 22 2-4-2 光致變反應之分類 23 2-5 光致變性基團在液晶高分子材料上之分類 27 2-5-1 Azobenzene-containing LC polymers 27 2-5-2 Cinnamate-containing polymers 29 2-5-3 Spiropyran-containing LC polymers 30 2-5-4 Other photochromic LC polymers 31 2-6 偶氮苯光致變型液晶高分子照光排列之效應 33 第三章 實驗部分 35 3-1 實驗藥品 35 3-2 實驗儀器 36 3-3 實驗步驟 38 3-3-1 藥品純化 38 3-3-1-1 Benzene溶劑之純化 38 3-3-1-2 AIBN起始劑之純化 38 3-3-2 光致變性單體之合成 39 3-3-2-1 含acrylate系列偶氮苯單體之合成 39 3-3-2-2 含4-vinylbenzoate系列偶氮苯單體之合成 40 3-3-2-3 含4-vinylbenzoate系列stilbene單體之合成 41 3-3-3 光學活性單體之合成 42 3-3-4 單官能性基液晶單體之合成 43 3-3-5 側鏈型液晶高分子之合成 48 第四章 結果與討論 51 4-1 化合物之鑑定 51 4-1-1 光致變性單體之鑑定 (M1-M6) 51 4-1-2 光學活性單體之鑑定 (M7) 55 4-1-3 單官能性基液晶單體之鑑定 (M8) 56 4-1-4 液晶單體與光學活性單體之元素分析 57 4-2 單體之熱性質、液晶相及光性質之探討 57 4-2-1 單體之熱性質及液晶相之探討 58 4-2-2 光致變性單體之光化學的探討 60 4-3 液晶高分子之鑑定 64 4-3-1 液晶高分子之元素分析 64 4-3-2 液晶高分子重量平均分子量之探討 67 4-3-3 液晶高分子熱性質、液晶相和結構特性之探討 67 4-3-4 液晶高分子熱重損失探討 69 4-3-5 液晶高分子光化學反應之探討 71 4-4 光致變性單體及高分子照光前後之物性比較 73 4-4-1 液晶相溫度範圍 73 4-4-2 比旋光度 75 第五章 結 論 108 參考文獻 109

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    下載圖示 校內:2010-07-08公開
    校外:2010-07-08公開
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