The relaxed torsional potential of a liquid crystalline polymer containing an ester functional group in a mesogenic unit (hereafter 12-4 oligomer) has been calculated with the ab initio self-consistent-field using 6-31G$^*$ basis set. GIAO^{13}C NMR chemical shifts also have been calculated at the B3LYP/6-31G$^*$ level of theory for each conformational structure obtained from torsional potential calculation. The results show that the phenyl ring-ester linkages are coplanar with the dihedral angle of about 0$^{\circ}$ and the ring-ring linkages in the biphenyl groups are tilted with the dihedral angle of around 43-44$^{\circ}$ in the lowest energy conformer. The biphenyl ring has a comparatively lower energy barrier of internal rotation potential in the ring-ring than that of phenyl ring-ester. The ^{13}C chemical shifts of carbonyl carbons were found to move to upfield due to $\pi$ -conjugation with phenyl ring and slightly affected about 0.5 ppm by dihedral angle of the ring-ring linkage.
A series of thermotropic Polyurethanes mesogenic unit were synthesized by polyaddition of a para-type diisocyanate such as 2,5-tolylene diisocyanate(2,5-TDI) with 4-4'-bis($\omega$-hydroxyalkoxy) biphenls(BPm: $HOCmH_{2m}OC_{6}H_{4}OC_{m}H_{2m}OH$ : m is the carbon number of the hydroxyalkoxy group) in DMF. Intrinsic viscosities of the polymers were in the range of 0.41~0.99dL/g DSC thermograms for these polymers exhibited two endothermic peaks corresponding to phase transitions of melting and isotropization. For examplem polyurethane 2,5-TDI/BPll with [η]=0.99 prepared from 2.5-TDI and 4,4'-bis[11-hydroxyundecaoxy biphenyl(BP11) a liquid crystalline phase from 156 to 173$^{\circ}C$. The thermotropic properites of liquid crystalline polyurethanes have been investigated by wide-angle X-ray scatter(WAXS), infrared (IR) spectroscopy, and differential scanning calorimetry (DSC). The mesomorphic behavior of the polyurethanes was concluded to be greatly dependent on the intermolecular hydrogen bonds through the urethane.
새로운 형태의 액정성 폴리우레탄을 2,6-bis(${\omega}$-hydroxyalkoxy)naphthalene (BHNm; m= 5, 6, 8, 11)과 2,5-tolylene diisocyanate 또는 1,4-phenylene diisocyanate의 중부가 반응에 의해 합성하였다. 폴리우레탄의 고유 점성도는 0.28-0.43 dL/g 였다. 열적 성질은 DSC 및 편광현미경에 의해 측정되었다. 단량체 BHNm과 메틸치환기를 가진 2,5-tolylene diisocyanate에 의해 합성된 폴리우레탄은 모두 단방성 액정성을 나타내었다. 그러나 BHNm와 1,4-phenylene diisocyanate를 합성한 폴리우레탄에서는 DSC와 편광현미경으로 조사 결과 전혀 액정성을 나타내지 않았다.
유연격자로서 분자 중앙에 부틸렌 또는 펜타메틸렌기를 갖는 두 시리즈의 비대칭 이메소젠 화합물을 합성하고, 이들의 열적성질 및 액정성을 연구하였다. 합성된 화합물의 메소젠기는 콜레스테릴기와 곁 치환기를 포함하고 있는 아조벤젠기로 되어 있으며, 이들 액정화합물의 화학구조와 액정성은 FT-IR, $^1H$-NMR, 시차주사열량분석기(DSC), 편광현미경(POM)에 의하여 조사되었다. 화합물 $D5-OCH_3$를 제외한, 합성된 모든 화합물들은 양방성 액정성을 나타내었고, 유연격자의 탄소수가 짝수인 경우 넓은 액정상 온도구간과 높은 등방성 전이온도를 나타내었다. 곁 치환기가 액정성에 미치는 영향으로, 부피가 큰 치환기를 갖는 화합물들은 좁은 액정상 온도구간과 낮은 등방성 전이온도를 나타내었으며, 극성 치환기를 갖는 화합물들은 스멕틱 액정상의 높은 안정성을 나타내었다.
본 실험은 다섯 종류의 새로운 형태의 액정성 폴리우레탄을 4,4'-Bis(3-hydroxypropoxy)biphenyl (BP3)와 2,6-tolylene diisocyanate(2,6-TDI), 2,5-tolylene diisocyanate(2,5-TDI), 2,4-tolylene diisocyanate(2,4-TDI), 1,4-phenylene diisocyanate(1,4-PDI) 및 hexamethylene diisocyanate(HDI)의 중부가 반응에 의해 합성하였다. 단량체 BP3은 스멕틱상을 형성하였으며 HDI/BP3을 제외한 나머지 폴리우레탄에서는 모두 단방성 액정성을 나타내었다. 그러나 메틸 치환기를 가지고 있지 않는 1,4-PDI/BP3에서는 DSC 및 편광현미경에서도 액정상을 전혀 관찰할 수 없었다. 합성된 화합물의 구조는 FT-IR 및 $^1H$-NMR에 의해 확인하였으며, 그들의 열적 상전이온도 및 안정성들은 DSC, 편광현미경 및 x-선 회절에 의해 조사하였다.
단위체로서 4-[4-(4-hydroxyphenoxy)butoxy]benzoic acid (HBBA)와 p-hydroxy benzoic acid (HBA)를 사용하여 직접 중축합방법에 의해 액정 공중합체를 합성하였다. 합성된 중합체의 구조와 성질은 $^1H$-NMR, FT-IR, DSC, TGA, POM에 의하여 조사되었다. 연구결과에 의하면, 페놀/p-클로로페놀/1,1,2,2-테트라클로로에탄 (25/40/35=w/w/w) 내에서 측정된 중합체의 고유점성도 (${\eta}_{inh}$)는 0.77~1.60 dL/g로 측정되었으며, 중합체 P-80을 제외하고, 공중합체들의 전이온도와 액정상의 범위는 HBA의 양이 증가함에 따라 증가하였다. 중합체의 이러한 특성은 중합체 사슬의 불규칙성과 강직성이 증가하였기 때문으로 생각된다.
Thermotropic liquid-crystalline polyurethanes were synthesized by the polyaddition reaction of such para-substiuted diisocyanate monomer as 1,4-phenylene diisocyanate(1,4-PDI) and 2,5-tolylene diisocyanate(2,5-TDI), with 4,4'-bis($\omega$-hydroxyalkoxy)biphenyls(BPm: $HOC_{m}OC_{6}H_{4}C_{6}H_{4}OC_{m}H_{2m}OH$; m is the carbon number of the hydroxyalkoxy group). These polyurethanes have mesogenic biphenyl units in the main chain. Properties of polymers were studied by differential scanning calorimetry, wide-angle X-ray scattering, thermogravimetic analysis, polarizing microscopy, and infraed spectroscopy. DSC thermograms for these polymers exhibited two endothermic peaks corresponding to phase transitions of melting and isotropization. Mesomorphic behavior of the polyurethanes were also observed under the polarizing microscope. For example, polyurethane 2,5-YDI/BP5 with [$\theta$]=0.44 prepared from 2,5-TDI and BP5 exhibited a liquid crystalline phase from 194 to 205$^{\circ}C$. Infrared spectrum study indicated that the hydrogen bonding between urethane linkages affected the mesomorphism. The thermostabilities of polyurethanes 2,5-TDI/BP5 and 1,4-PDI/BP5 were measured at a heating rate of 1$0^{\circ}C$/min in air. The temperatures of 5% weight loss for 2,5-TDI/BP5 and 1,4-PDI/BP5 were 297 and 334$^{\circ}C$, respectively.
방향족 Schiff base 메소제닉 단위와 폴리메틸렌 유연격자로 이루어진 한 계열의 주사슬 액정중합체와 네 계열 화합물의 액정성을 살펴보았다. 이들의 열적 성질과 액정성은 시차 주사 열분석기와 가열판이 부착된 편광현미경에 의하여 조사하였다. 중합체와 화합물 액정상의 성질은 중앙 폴리메틸렌 유연격자와 말단 알콕시기의 길이에 크게 의존하였다. 중합체 I과 계열 III 화합물은 녹는점과 등방성액체화 전이온도에서 짝수-홀수 효과를 보여 주었으나 계열 II와 IV 화합물은 등방성액체화 전이온도에서만 짝수-홀수 효과를 나타내었다. 편광현미경을 통하여 이들의 광학구조를 관찰하였을 때 네마틱과 스멕틱 액정상을 형성하였다.
주 사슬의 강직그룹의 하이드로퀴논 단위에 4-클로로벤조에이트기가 결합된 액정폴리에스터가 단위체인 2,5-다이(4-클로로벤조에이트)하이드로퀴논과 4,4'-디카복시-${\alpha},{\omega}$-디페녹시 알케인의 용액중합에 의하여 합성되었다. 합성된 중합체의 구조와 성질은 $^1H$-NMR, FT-IR, DSC, TGA, POM에 의하여 조사되었다. 조사의 결과에 의하면, 중합체 사슬의 메틸렌기와 벌키한 치환기는 용해도나 열전이와 같은 성질에 큰 영향을 미쳤으며, 모든 중합체들은 편광현미경 관찰에서 약한 복굴절 현상을 갖는 네마틱 액정상의 texture를 나타내었고, 매우 좁은 액정상 온도구간을 나타내었다.
폴리부틸렌테레프탈레이트 (poly(butylene terephthalate), PBT)와 파라아세톡시벤조산 (p-acetoxybenzoic acid, ABA)을 용융 에스테르 교환반응시킴으로써 주쇄 고분자에 강직한 벤젠고리가 도입된 poly(butylene terephthalate-co-oxybenzoate) (PBOT)를 합성하였다. PBT와 ABA를 다양한 조성비에서 중합하는 과정의 속도론적 고찰을 통해 ABA의 단독중합 속도상수와 PBT에의 공중합 속도상수 및 그 비를 구하였으며 각각의 활성화에너지를 구하였다. PBT와 ABA의 조성비를 4/6, 5/5, 6/4로 하고 온도를 각각 250, 260, 27$0^{\circ}C$로 하여 실험한 결과 공중합반응은 ABA함량이 낮고 또 그 전환율이 크지 않을 경우 의사 2차반응으로 볼 수 있었다. 이때의 공중합 속도에 대한 단독중합 속도의 비는 1.08에서 3.17사이의 값을 가졌으며, ABA함량과 온도가 높을수록 큰 값을 가졌다. 이로써 PBT/ABA계의 공중합은 반응온도가 높고 ABA의 조성비가 클수록 ABA의 블록성이 강해지는 경향을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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