Предисловие 4
1 Статистическая физика жидкокристаллического упорядочения
в полимерных системах 7
A. Р. Хохлов
2
Фазовые равновесия в полимерных системах, содержащих
жидкокристаллическую фазу 43
С. П. Папков
3
Молекулярная структура полимеров с мезогенными группами 73
И. Н. Штенникова
4
Мезоморфное состояние гибкоцепных полимеров 124
Ю. К. Годовский, В. С. Папков
5
Жидкокристаллические термотропные полимеры
с мезогенными группами в основной цепи 161
С. С. Скороходов
6 Гребнеобразные жидкокристаллические полимеры 190
B. П. Шибаев
7 Жидкокристаллические полимеры холестерического типа 245
' Я. С. Фрейдзон, В. П. Шибаев
8
Структурные превращения термотропных жидкокристаллических полимеров в электрических и магнитных полях 296
Р. В. Тальрозе, Н. А. Платэ
9
Реологические свойства жидкокристаллических полимеров 331
В. Г. Куличихин
10
Высокопрочные и высокомодульные волокна
из жидкокристаллических полимеров ' 372
А. В. Волохина, Г. И. Кудрявцев
Заключение
ПРЕДИСЛОВИЕ
80-ые годы в науке о полимерах ознаменовались рождением и бурным развитием новой области — химии и физики жидкокристаллических полимеров. Эта область, объединившая химиков-синтетиков, физиков-теоретиков, классических физико-химиков, полимерщиков и технологов выросла в интенсивно разрабатываемое новое направление, которое очень быстро принесло практические успехи при создании высокопрочных химических волокон, а сегодня привлекает внимание оптиков и специалистов по микроэлектронике. Но главное даже не в этом, а в том, что жидкокристаллическое состояние в полимерах и полимерных системах, как выяснилось, не только чрезвычайно распространено— на сегодня описаны многие сотни полимерных жидких кристаллов,— но и представляет собой устойчивое равновесное фазовое состояние полимерных тел.
В этом заключается даже некоторый парадокс. В 1988 г. будет отмечаться столетие с момента описания австрийским ботаником Ф. Рейнитцером первого жидкокристаллического вещества—холестерилбензоата. В 30-ых годах этого столетия была разработана физика низкомолекулярных органических жидких кристаллов, а в 60-х годах в мире уже работали миллионы устройств на этих кристаллах. Однако в 60-х и 70-х годах большинство полимерщиков не могло представить себе, например, существование термотропных жидкокристаллических полимеров холестерического типа, и вообще такие системы казались экзотическими представителями нетипичных макромоле-кулярных объектов. И вот фактически в течение последних 10 лет произошел своеобразный «взрыв» информации, и сегодня никого уже не удивляют лиотропные и термотропные жидкокристаллические полимеры, синтезируемые десятками ежемесячно.
Обычно принято полагать, что теоретическая возможность образования жидкокристаллической фазы из макромолекуляр-ных веществ впервые разобрана П. Флори в классической работе 1954 г., сыгравшей, действительно, важную роль, о которой в настоящей книге говорится достаточно подробно. Однако первым ученым, указавшим на то, что полимеры должны быть склонны к формированию мезофазы просто в силу своего цепочечного строения, был В. А. Картин. В своей работе, опубликованной в 1941 г., он писал: «...взаимодействия между большими молекулами будут достаточно велики даже при весьма слабом взаимодействии отдельных звеньев. Следствием этого ... может явиться ориентировка таких больших изогнутых молекул в некотором общем направлении при полном отсутствии упорядочен-
ного расположения отдельных звеньев. Поэтому для высокопо-лимеров можно ожидать существования жидкокристаллического состояния в большой области температур».
Заметим, что в упомянутой работе В. А. Каргина есть подстрочное примечание, что в это же время другой выдающийся физик Л. Д. Ландау обратил внимание, что область существования жидкокристаллического состояния должна быть особенно велика у полимерных веществ.
Понадобилось больше 30 лет после этого предвидения, чтобы появились первые синтетические жидкокристаллические полимеры, ставшие сегодня уже для многих ученых просто рядовыми объектами исследования.
Жидкокристаллическое состояние полимерных тел характерно не только для широкого круга синтетических макромолекул. Оно весьма распространено в живых объектах. Мембраны клеток, липосомы и другие биосистемы представляют собой типичные лиотропные олигомерные и полимерные системы, и именно мезофазная структура таких объектов, сочетающая упорядоченность в одномерном или двумерном слоях с определенной подвижностью, лежит, по-видимому, в основе важного комплекса их биологических свойств. Некоторые любопытные примеры жидкокристаллических биополимеров приведены в главе 5 книги. Полициклические углеводороды из тяжелых фракций нефти, производные асфальтенов — это тоже типичные мезофазы дискотического типа, и жидкокристаллическая структура нефтяных пеков лежит в основе их способности к переработке с получением углеродных волокон повышенной прочности.
В настоящей книге, написанной специалистами в области жидкокристаллических полимеров, дана картина сегодняшней ситуации с анализом не только и не столько достижений, но и нерешенных вопросов, которых немало, ибо область эта еще находится в начале своего пути. Один из вопросов — неустановившаяся еще терминология и классификация полимерных жидких кристаллов. Читатель увидит, что привычные термины, взятые «напрокат» из области низкомолекулярных органических жидких кристаллов, уже не могут полностью нас удовлетворить, ибо не могут даже сегодня характеризовать все многообразие форм жидкокристаллических полимеров. Сам же по себе термин «жидкий кристалл» плохо соответствует, например, образу стеклообразного прочного полимера с температурой размягчения выше 100 °С. Тем не менее пока приходится пользоваться старыми терминами и работать дальше над совершенствованием терминологии.
Новая информация в области жидкокристаллических полимеров поступает каждый месяц. Сейчас каждый год созывается 3 4 международных конференции или симпозиума по этой проблеме, не считая десятка национальных конференций, происходящих регулярно в промышленно развитых странах. Наиболее широко проводятся сейчас исследования в лабораториях СССР,
