Untersuchung des Fließverhaltens von flüssigkristallinen Polymeren

Untersuchung des Fließverhaltens von flüssigkristallinen Polymeren

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Inhaltsangabe:Zusammenfassung: Es wurde das FlieAŸverhalten von flA¼ssigkristallinen Seiten- und Hauptkettenpolymeren untersucht. Um den EinfluAŸ von SpacerlAcnge und smektischen Clustern auf das rheologische Verhalten der Seitenkettenpolymere zu ermitteln, wurden deuterierte Polysiloxanhomopolymere und statistische Copolymere mit unterschiedlichen SpacerlAcngen und FlA¼gelgruppen synthetisiert. Diese Polymere wurden unter Scherung erstmals vergleichend mit verschiedenen Methoden wie 2H-NMR-Spektroskopie, RApntgenbeugung, Neutronenstreuung und Polarisationsmikroskopie untersucht. Zur Untersuchung von flA¼ssigkristallinen Hauptkettenpolymeren wurden einige deuterierte Polyether synthetisiert. An diesen und weiteren Hauptkettenpolymeren wie dem Polyether DHMS-7, 9 und PBLG in m-Kresol wurden erstmals simultan zur Scherung 2H-NMR-Spektroskopie-Messungen durchgefA¼hrt. DarA¼berhinaus wurden NMR-Reorientierungsmessungen sowohl von Haupt- als auch von Seitenkettenpolymeren durchgefA¼hrt. Aus den 2H-NMR-spektroskopischen Messungen unter Scherung konnte bestimmt werden, ob ein nematisches System vom Flow-Aligning- oder Tumbling-Typ ist. Im Flow-Aligning-Fall orientiert sich der Direktor in der Scherebene, die von der FlieAŸrichtung und dem Schergradienten aufgespannt wird, in einem einheitlichen Winkel zur FlieAŸrichtung. Im Tumbling-Fall dreht sich der Direktor kontinuierlich unter Scherung. Das FlieAŸverhalten der untersuchten nematischen Seitenkettenpolymere lAcAŸt sich mit der Ericksen-Leslie-Parodi-Theorie quantitativ beschreiben. Im Rahmen dieser Theorie konnten die beiden Leslie-ViskositActskoeffizienten Alpha2 und Alpha3 bestimmt werden. FA¼r einige Polysiloxane vom Flow-Aligning-Typ konnte mit 2H-NMR-Messungen und RApntgenbeugungsexperimenten der Orientierungswinkel zur FlieAŸrichtung bestimmt und eine Direktororientierung in der Scherebene nachgewiesen werden. Mit der Polarisationsmikroskopie wurde unter Scherung eine einheitliche Direktororientierung gefunden. FA¼r einige Polysiloxane vom Tumbling-Typ wurde mit 2H-NMR-Messungen und RApntgenbeugungsexperimenten unter Scherung bei tiefen Temperaturen in der nematischen Phase eine weitgehende Direktororientierung in neutraler Richtung, das heiAŸt senkrecht zur Scherebene gefunden. Bei den Polymeren vom Tumbling-Typ bildet sich unter Scherung keine einheitliche Direktororientierung, sondern eine sehr defektreiche Struktur aus, wie wAchrend der Scherung durchgefA¼hrte polarisationsmikroskopische Aufnahmen zeigen. Bei hApheren Temperaturen konnten erfolgreich 2H-NMR-Tumbling-Spektren fA¼r die verschiedenen Polysiloxane simuliert werden. Mit der Kleinwinkelneutronenstreuung wurde fA¼r ein Polysiloxan vom Flow-Aligning-Typ eine prolate und fA¼r ein Polysiloxan vom Tumbling-Typ eine oblate KnAcuelkonformation gefunden. FA¼r die oblate KnAcuelkonformation, das Tumbling-Verhalten und die bei tiefen Temperaturen zur Scherebene senkrechte Direktororientierung sind zahlreiche smektische Cluster in der Probe verantwortlich. Diese wurden mit der Neutronenstreuung nachgewiesen. Das FlieAŸverhalten der Polysiloxanpolymere lAcAŸt sich gezielt durch die Variation der SpacerlAcngen und der FlA¼gelgruppen und damit letztlich der Anzahl der smektischen Cluster einstellen. Im Gegensatz zu den nematischen Seitenkettenpolysiloxanen lassen sich bei den untersuchten Hauptkettenpolymeren mit der 2H-NMR-Spektroskopie unter Scherung keine ViskositActskoeffizienten bestimmen. Schon bei kleinen Scherraten wird die durch das Magnetfeld verursachte einheitliche Direktororientierung zerstAprt. Der Direktor ist dabei vorzugsweise parallel zum Magnetfeld und damit parallel zum Schergradienten orientiert. Bei grApAŸeren Scherraten, aber noch im Tumbling-Scherratenbereich ist der Direktor nahezu in FlieAŸrichtung und in der Scherebene orientiert. Dies ist in Aœbereinstimmung mit der Ericksen-Leslie-Parodi-Theorie. Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: 1.Einleitung und Aufgabenstellung1 2.Das FlieAŸverhalten der nematischen Phase im Kontext der Rheo-NMR5 2.1Die Ericksen-Leslie-Parodi-Theorie5 2.2Die ZeitabhAcngigkeit des Orientierungswinkels Theta im Tumbling-Fall13 2.3EinfA¼hrung in die 2H-NMR-Spektroskopie18 2.4Simulation von Tumbling-Spektren20 3.Rheo-NMR-Spektroskopie29 3.1Einleitung29 3.2Reorientierungsmessungen29 3.3Rotations-NMR-Spektroskopie33 3.4Die Schergeometrien in der Rheo-NMR34 3.5ScherratenabhAcngigkeit der Direktororientierung im Falle der Kegel-Platte-Rheo-NMR37 4.Seitenkettenpolymere38 4.1Untersuchte Systeme38 4.1.1Synthese von flA¼ssigkristallinen Polysiloxanen40 4.1.2Charakterisierung der flA¼ssigkristallinen Polysiloxane42 4.22H-NMR-Spektroskopie: Reorientierungsmessungen46 4.2.1Das Polysiloxan PSi446 4.2.2Das Polysiloxan PSi653 4.3Rotations-NMR-Spektroskopie von PSi660 4.4Rheo-NMR-Spektroskopie: Kegel-Platte-Geometrie61 4.4.1Homogene Mischungen eines Azopolymers in einem niedermolekularen Nematen61 4.4.2Das Azopolymer Polybutadien 10072 4.4.3Polybutadien PBCN73 4.4.4Polysiloxane75 4.5Rheo-NMR-Spektroskopie: Couette-Geometrie94 4.5.1Niedermolekularer Nemat94 4.5.2Das Polymethacrylat PMA-OC4H995 4.5.3Polysiloxane98 4.6Rheologie103 4.6.1Dynamisch-oszillatorische Experimente an P4-Az und PSi6104 4.6.2Transientes FlieAŸverhalten von Polysiloxanen117 4.7Kleinwinkel-Lichtstreuung an Polysiloxanen unter Scherung124 4.8RApntgenbeugung an Polysiloxanen unter Scherung128 4.9Neutronenstreuung an Polysiloxanen im Magnetfeld und unter Scherung141 4.10Polarisationsmikroskopie unter Scherung159 4.11Diskussion163 5.Hauptkettenpolymere170 5.1Untersuchte Systeme170 5.22H-NMR-Spektroskopie: Reorientierungsmessungen176 5.2.1TPB6176 5.2.2TPB10178 5.2.3DHMS-7, 9183 5.2.4Poly(Gammabenzylglutamat)-LApsungen188 5.3Rotations-NMR-Spektroskopie einer Poly(Gammabenzylglutamat)-LApsung196 5.4Rheo-NMR-Spektroskopie: Kegel-Platte-Geometrie199 5.4.1TPB10199 5.4.2Acetoxypropylcellulose und Hydroxypropylcellulose201 5.4.3MCML204 5.4.4DHMS-7, 9204 5.4.5Poly(Gammabenzylglutamat)-LApsungen207 5.5Rheo-NMR-Spektroskopie: Couette-Geometrie220 5.5.1TPB6220 5.5.2MCSC220 5.5.3DHMS-7, 9221 5.5.4Poly(Gammabenzylglutamat)-LApsungen221 5.6Polarisationsmikroskopie unter Scherung230 5.7Diskussion230 6.Zusammenfassung233 A.TemperaturabhAcngige 2H-NMR-Spektroskopie238 A.14-gew.-%ige LApsung eines Azopolymers in einem niedermolekularen Nematen238 A.2Das Polymethacrylat PMA-OC4H9239 A.3Die Polysiloxane PSi4, PSi5 und PSi6242 A.4Acetoxypropylcellulose248 A.5TPB4248 A.6TPB6250 A.7DHMS-7, 9253 B.Experimenteller Teil259 B.1Synthese der Mesogene Mm, MmD und M4CN259 B.1.12, 3, 5, 6-Tetradeutero-4-Methoxyphenol (1)259 B.1.24-(Prop-2-enoxy)-benzoesAcure, 4-(Pent-4-enoxy)-benzoesAcure, 4-(Hex-5-enoxy)-benzoesAcure (2; m=3, 5, 6)260 B.1.34-(But-3-enoxy)-benzoesAcure (2; m=4)261 B.1.44-(Prop-2-enoxy)-benzoesAcurechlorid, 4-(But-3-enoxy)-benzoesAcurechlorid, 4-(Pent-4-enoxy)-benzoesAcurechlorid, 4-(Hex-5-enoxy)-benzoesAcurechlorid (3)262 B.1.5M3, M4, M5, M6, M3D, M4D, M5D, M6D, M4CN (4)262 B.2Synthese der Homo- und Copolymere PSi m+n (y:z)264 B.3Synthese der Polyether TPB4, TPB4D, TPB6 und TPB6D267 B.42H-NMR-Spektroskopie271 B.5Kommentiertes Maple-Worksheet fA¼r die Simulation von Tumbling-Spektren272Eine ausgewogene Energiebilanz wurde im Temperaturintervall von 240 Kbis 420 K nicht erhalten. ... Einige Polysiloxane weisen beim ersten Aufheizen mit einer Heizrate von 16 K/min einen Schmelzpunkt auf PS3+5(1:1) bei 328 K (AH = 08anbsp;...


Title:Untersuchung des Fließverhaltens von flüssigkristallinen Polymeren
Author: Hartmut Siebert
Publisher:diplom.de - 1999-01-17
ISBN-13:

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