液晶材料的合成及其应用(华师版)

液晶材料的合成及其应用(华师版)（精选3篇）

篇1：液晶材料的合成及其应用(华师版)

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【前言】 1、实验目的

(1)了解液晶材料的结构特点、制备方法与应用。

(2)掌握DCC法合成胆固醇丙酸酯液晶材料的操作技术。

2、实验意义

胆固醇酯是一种具有液晶相的化合物，其在一定条件下,会随温度、磁场、电场、机械应力、气体浓度变化，而发生色彩的变化，可用于制作液晶温度计、气敏元件、电子元件、变色物质等，还可用于无损伤探伤、微波测量、治病诊断、定向反应等化学、化工、冶金、医学等领域。不仅如此，某些胆甾醇酯类化合物作为乳化剂等在食品、化妆品领域有重要应用。

胆固醇酯类化合物可由羧酸与醇直接酯化反应制得，但传统的酸催化方法酯化收率很低，因此近来国内外开发了各种新方法，如酰氯酯化法、酸酐酯化法、二环己基碳二亚胺(DCC)脱水酯化法等,以及最近的酶催化酯交换法。其中#虽然酰氯酯化法应用最多，但存在原料酰氯需要现制现用、副产物HCl去除麻烦、整体合成路线长等问题。

相比之下，DCC脱水缩合法合成胆甾醇酯类化合物，没有酸酐酯化法仅限于少量酸酐的局限，没有酯交换法需要制备其他低级醇酯的麻烦，而且其反应条件温和，产率通常比较高。但是，DCC脱水缩合法中常见的脱水促进剂，如4- 吡咯烷基吡啶、4- 二甲基吡啶(DMAP)、2,4,6-三甲基吡啶盐酸盐等，试剂的价格都比较昂贵。

目前，DCC脱水缩合法合成胆固醇丙酸酯和胆固醇苯甲酸酯鲜见国内外文献报道，因此本文采取DCC作酯化反应的脱水剂,分别用DMAP和N,N- 二甲基苯胺作除水促进剂研究胆固醇丙酸酯和胆固醇苯甲酸酯的合成，发现用廉价的N,N- 二甲基苯胺作除水促进剂也可以合成胆固醇丙酸酯，虽然其产率不及DMAP，但有利于降低胆固醇丙酸酯合成成本。

3、实验综述

【实验部分】 1、实验原理

2、仪器与试剂 (1)实验仪器

有机合成实验玻璃仪器一套(必须含蒸馏,抽滤设备)、磁力搅拌器、薄层检测用荧光仪、水泵、显微熔点仪

(2)实验试剂

胆固醇、丙酸、二环己基碳二亚胺、二氯甲烷、石油醚(30°~60°C)、乙醚、薄层检测用硅胶GF254、无水乙醇、HCl溶液(1mol/L)、NaOH(1mol/L)、蒸馏水、无水MgSO4

3、实验步骤

(1)DCC法合成胆固醇苯甲酸酯

① 加料 在干燥的带有磁力搅拌子、干燥管的圆底烧瓶中，加入胆固醇

(1.93g0.005mol)、脱水剂二环己基碳二亚胺(1.24g，0.0056mol)、苯甲酸(0.68g，0.0056mol)、4-二甲氨基吡啶(0.147g，0.0012mol)、溶剂二氯甲烷(90mL)，在常温下搅拌，固体先溶解，后逐渐有白色沉淀生成。 ② 反应监测 搅拌下反应20-24h后，以30份石油醚和1份乙醚混合液为展开剂，薄层

检测反应终点(产物Rf为0.76-0.77)。 ③ 后处理 反应结束后抽滤，除去未反应完的二环己基碳二亚胺和生成的酰脲，用HCl

溶液(1mol/L)、NaOH(1mol/L)、蒸馏水(各50mL)分别洗涤滤液后，然后加入MgSO4干燥。 ④ 产品精制 蒸馏除去溶剂二氯甲烷后的黄色油状粗产品，加入无水乙醇重结晶三次

(每次10mL)，抽滤，干燥，得到白色针状晶体。 ⑤ 产物鉴定 称量，计算产率，测定熔点等。

4.实验记录与数据处理

(2)反应物的用量与规格

(3)实验现象

Rf = 0.4/ 0.8 = 0.5

理论产量：0.005mol × 490.78g/mol =2.45g 实际产量：1.07g

产率 = (实际产量/理论产量)× 100% = 1.07g / 2.45g × 100% =43.7%

三、结果与讨论

制得的产液晶材料的.合成及其应用(华师版)品是白色粉末状固体，产量为1.07g，产率是43.7%。反应后，以30份石油醚和1份乙醚混合液为展开剂，对粗产品进行薄层分析，得到的Rf值是0.5，比理论值小(理论值为0.76)，分析得到可能的原因有两个，一是混合物中有其他物质增加了溶质的溶解度，使得溶质的移动距离减小，二是展开剂上升到薄层的顶端后才取出薄层板，尚未晾干就用红外光谱仪进行测定，导致观察到的溶剂的移动距离长了，这两原因都导致Rf值变小。另外，产率为43.7%，产率偏低，主要是由于产品精制的时候，需用无水乙醇重结晶3次，每次产品都有损耗。测定熔点时，观察到产品在135℃时开始熔化，在140℃时完全熔化，比文献值低，说明产品不纯，导致熔点降低。

四、结论

通过DCC法合成胆固醇苯甲酸酯，得到白色粉末状固体，产率43.7%，纯度不高。

五、参考文献

[1] 罗世华.液晶聚合物合成和应用.山东化工.第31 卷

[2] 徐晓鹏.液晶材料的分类发展和国内应用情况.化工新型材料. 年11 月 [3] 张宝龙.液晶聚合物的合成及表征.

[4] 范星河.液晶聚合物设计、合成及应用.化学工业出版社.

篇2：液晶材料的合成及其应用(华师版)

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

对氨基苯甲酸、溴代戊烷、甲基吡啶、对硝基苯甲醛、对羟基苯甲醛、苯酚、亚硝酸钠、氢氧化钠、碘化钾、乙醇、盐酸, 均为市售分析纯化学试剂。所用溶剂在使用前按标准方法干燥、蒸馏处理。

红外光谱:采用KBr压片法, 波数扫描范围为400～4000cm-1, 用VERTEX 70型傅立叶红外光谱仪测定, 德国Bruker公司;1H-NMR:用Mercury plus-400型核磁共振仪 (TMS为内标, DMSO、CDCl3为溶剂) , 美国Varian公司;DSC:用DSC-2型差示扫描量热仪, 升降温速度均为10℃/min, 日本岛津公司;带热台Eclipse80i 偏光显微镜, 日本岛津公司。

1.2 液晶复合物的的合成

1.2.1 4- (4-戊氧基苯偶氮基) 苯甲酸 (1) 的合成

参照文献[9]合成。

1.2.2 4-戊氧基苯甲亚胺基苯甲酸 (2) 的合成

将3.053g (25mmol) 对羟基苯甲醛与3.079g (25mmol) 对氨基苯甲酸溶于100mL无水乙醇中, 搅拌回流3h, 反应结束冷却, 析出大量浅黄色片状固体, 过滤得4-羟基-4-羧基苯胺, 用无水乙醇重结晶, 得亮黄色片状晶体。

将化合物4-羟基-4-羧基苯胺溶解在50mL含氢氧化钾的70% (质量分数) 的乙醇溶液中, 加热至80℃, 加入适量的碘化钾, 充分搅拌后, 将溴代正戊烷的无水乙醇溶液逐滴滴加到反应液中, 搅拌回流反应12h。反应结束后, 蒸出乙醇, 加入适量的的水稀释, 用盐酸调节Ph到5左右, 过滤, 得淡黄色固体颗粒。

1.2.3 对硝基苯乙烯基吡啶 (3) 的合成

在装有磁力搅拌器、回流冷凝管和温度计的三口烧瓶中加入对硝基苯甲醛4.531g (0.03mol) 和4-甲基吡啶1.862g (0.02mol) 溶于适量的乙酸酐 (约10mL) 中, 油浴至120～130℃, 反应8h后停止反应, 冷却。将生成物倾入1000mL水中得针状晶体的粗产品, 将此固体和100mL, 1mol/L的碳酸氢钠溶液混合, 回流2h, 冷却后滤出褐色固体, 用乙醇重结晶, 得针状黄色晶体。产物放在真空干燥箱50℃干燥, 得黄色晶体。称重得产物重3.245g (产率为 67%) 。

1.2.4 液晶复合物 (4) (5) 的合成

液晶复合物 (4) :准确称取摩尔比为1∶1 (以含酸和含吡啶的摩尔数计) 的化合物 (1) 和 (3) , 将两者溶于少许的THF中, 在60℃的真空条件下除去THF, 冷却到室温即可用于液晶行为研究。利用相同方法制备液晶复合物 (5) 。

2 结果与讨论

2.1 分子间氢键的证实

分子间氢键可以通过红外光谱进行证实。图1给出了化合物 (2) 、 (5) 、 (3) 的红外光谱。

因为这两种液晶化合物的红外分析方法大体相同, 所以仅以4-戊氧基苯甲亚胺基苯甲酸 (2) 及其复合物 (5) 为例进行分析。由单体及复合物的红外谱图可以看出: 质子给体4-戊氧基苯甲亚胺基苯甲酸 (2) 在3423cm-1处有吸收谱带, 说明该酸存在羧基间的相互作用。而在复合物 (5) 中3423 cm-1处的峰发生变化, 以及3500～2500cm-1处谱带强度的增强, 谱带变宽表明单体中的羧酸间的氢键断裂, 同时在复合物中羰基向高波数移动。这些都表明羧酸吡啶间氢键替代了原有的羧基氢键。

2.2 目标化合物的结构的确定

由表1中的化合物的1H NMR图谱可知, 在化合物 (1) 中存在-COOH, 二个对位取代的芳环, 含有一个-CH3基团, 4个亚甲基 (-CH2-) , 结构分析表明, 合成的化合物的结构与预期的分子结构完全一致。化合物 (2) 与 (3) 结构分析同化合物 (1) 结构分析相同, 结果表明制备的化合物结构与与其结构一致。将纯化过的化合物在400MHz核磁共振仪上进行核磁共振分析, 结果见下表1所示。

2.3 液晶行为的研究

复合物 (4) 、 (5) 的液晶行为用DSC、偏光显微镜方法进行研究 (见表2) 。用差示扫描量热仪测定相变温度 (10℃/ min) 。

将样品放置在偏光显微镜加热台上, 从固体加热到各向同性态, 再降温至凝固态, 观察其相行为, 并拍摄的相态织构图片。图 (2) 表明, 化合物 (4) 加热到67.4℃时液晶想表现为软晶E相条纹扇形织构, 当加热到110.3℃时, 化合物 (4) 表现为近晶SmC状纹影织构。化合物 (5) 在温度152.7℃时表现为SmA相多边形织构图, 当加热到209.4℃时, 表现为胆甾型油状条纹织构。

3 结论

(1) 依据分子设计原理, 以对氨基苯甲酸、对羟基苯甲醛和对硝基苯酚为主要原料, 合成可进行氢键组装的化合物;将合成的化合物溶解在四氢呋喃溶剂中, 真空下恒温60℃除去溶剂后即制得氢键组装产物。

(2) 合成产品经红外光谱、核磁共振氢谱、差示扫描及偏光显微镜分析表征, 表明化合物 (4) (5) 的确存在氢键。氢键组装的产物具有很好的热致液晶性能, 在不同的温度下分别呈现了近晶相、向列相、胆甾相的不同的相态。

摘要：以对氨基苯甲酸、对硝基苯甲醛和吡啶衍生物为原料合成了两种新型氢键诱导液晶。用IR、1H-NMR和元素分析对所合成的化合物进行了结构表征, 并用DSC和带热台的偏光显微镜分别对质子供体和超分子复合物复合前后的液晶行为进行了研究。结果表明:合成了目标化合物;IR结果证明了羧基和吡啶环间分子间氢键代替了羧基间的分子间氢键, 复合物表现出分子的热力学行为;液晶行为研究证明了氢键复合物是典型的热致液晶且呈现明显的向列型液晶态, 超分子液晶复合物较质子供体的液晶相范围宽且其相转变温度低于质子供体, 说明分子间氢键起到了稳定液晶相态的作用。

关键词：氢键液晶,自组装,吡啶,偶氮,希夫碱

参考文献

[1]晏华.超分子液晶[M]:北京:科学出版社, 2000, 18-28.

[2]Kato T, Kihara H, Ujiie S, et al.Structures and properties ofsupramolecular liquid-crystalline side-chain polymers builtthroughintermolecular hydrogen bonds[J].Macromolecules, 1996, 29:8734-8739.

[3]Takashi Kato, JeanMJ Frechet.New approach to mesophasestabilization through hydrogen-bonding molecular interaction inbinary mixtures[J].J Am ChemSoc, 1989, 111:8533-8534.

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[5]Paleos CM, Tsiourvas D.Thermotropic liquid crystals Formedby intermocular Hydrogen Bonding Interactions[J].AngewChem.Int Ed Engl, 1995, 34 (6) :1696-1711.

篇3：液晶材料的合成及其应用(华师版)

关键词：注塑；热流道；针阀程序控制；注塑工艺

ABS（丙烯晴-丁二烯-苯乙烯）和聚碳酸酯（PC）都是应用非常广泛的工程塑料，ABS具有良好的加工性能和较好的力学性能，且流动性较好，但其耐热性较差；PC属于无定形热塑性树脂，具有优良的综合力学性能，但其加工性较差，价格较高。结合上述两种材料的优点可以互补长短，因此近年来对于PC ABS合金的研究和应用已经非常广泛。这种合金材料由于具备优良的加工性能以及较好的综合力学性能，所以在计算机、电气设备、汽车部件以及家电行业得到非常广泛的应用。

本文重点分析PC ABS在超大型液晶电视机后壳上的应用。

一、PC ABS的注塑成型工艺

1、原料干燥

因为PC ABS为弱吸水性材料，其平衡吸水率约为0.3%～0.5%，水分不但对PC ABS的强度影响较大，而且对制品表面也将产生比较严重的缺陷。因此必须采用干燥工艺对之进行除湿，使其含水量降至0.1%以下才能进行正常的注塑作业。干燥条件为80～90℃；4～6小时，以含水量低于1%为准。

2、成型过程

在注塑成型过程中应考虑成型温度、注塑压力、注塑速度、料量、热流道设置、模具温度及成型时间等。

（1）塑化过程

塑化，是指原料在注塑机料筒内经过加热和剪切作用，使原料具有良好的可塑性的过程，是注塑过程的准备阶段。塑化（预塑）结束位置一般在料筒前段材料约等于成型产品所需材料的1.1～1.2，注塑完成后螺杆应保持在5～20毫米位置为宜。在超大型后壳类产品注塑中一般保留12～14毫米（2800吨注塑机）。塑化量太大使材料在料筒内停留时间过长，会引起原料受热时间过长而造成分解；塑化量太小，会使注塑产品成型不足或表面缩瘪、凹坑。螺杆转速将直接影响塑化时间和塑化质量，过快则容易造成塑化不均等现象，过慢则会造成生产周期延长生产效率减低。在超大型后壳产品成型中螺杆转速一般设置在50%左右。

为实现材料顺利成型料筒温度必须达到材料的熔融温度以上，但料筒温度太高将会导致材料分解，使产品发脆而造成废品。一般在超大型后壳类产品成型工艺中我们选择210～245℃。

（2）注塑过程

注塑过程是指在螺杆的挤压作用下，熔融的材料通过料筒喷嘴、流道、浇口进入型腔的过程。在这个过程中最主要的决定因素是注塑压力、速度以及热流道温度和模具温度。

在超大型后壳产品上，我们采用了多点热流道顺序开闭浇注系统，由于产品较大，流道温度我们选择了210～220℃，进料口（浇口）温度根据产品特征设置在220～235℃，之所以设置较高的进料口温度，是因为进料口阀针开闭顺利的需求。

由于产品较大，流程较长，我们采用了热水和电热棒对模具温度进行控制，定模通过热水和特殊区域埋设加热棒的方法是温度保持在80℃左右，动模使用热水保持在60℃左右。

注塑压力采用高—中—高—低的模式，避免充填不足以及制品收缩的问题。

注塑速度产用低—高—中—低的模式，使产品在顺利成型的同时避免浇口处气斑及熔体破裂现象的发生。

针阀开启时刻及关闭时刻则根据产品特征及熔接痕位置来进行调整。

（3）冷却过程

注塑及保压完成后，热流道针阀按设定程序关闭，产品进入冷却阶段，其主要控制因素冷却时间。

由于采用了较高的模具温度，使得制品的冷却时间较长，约需要32秒左右。

（4）制品取出过程

这是指注塑机通过顶出油缸将产品平稳地推出动模的过程，该过程对于超大型后殼类产品而言，主要应控制顶出速度，我们设置为慢—快—慢的模式，以保证产品在顶出过程中不至于变形。

二、主要设备及辅助技术

1、注塑机

我们采用了液压全自动2800吨注塑机，辅以双向吸料机、除湿干燥机、热流道温度控制器，浇口针阀程序控制器，模具温度控制器（水媒介）全自动三轴伺服机械手等。

注塑设备采用变量泵、闭环电子尺控制技术，可以比较精确的控制注塑工艺参数，使生产得以稳定连续。

2、除湿干燥机

采用除湿干燥机的理由是，产品料量较大（4500克）材料内水分含量较高，采用除湿干燥机可以提高干燥速度，保证制品品质。

3、针阀程序控制器

针阀程序控制器精确到0.01秒，可以有效地精确地控制针阀开闭时间从而保证制品熔接痕受控，减少其他表面问题，控制制品各部分尺寸。

4、机械手

三轴伺服机械手可以有效地保证走位精度和取件速度，提高生产效率减轻员工作业强度，保证每一次生产周期恒定不变。

三、模具技术

由于制品巨大，材料流程较长，所以模具部分筋条处埋设电热棒，使模具局部温度可以精确的控制在比较高的范围内；部分封闭结构开设排气镶块以保证充模顺利；采用了60点温度控制的热流道系统，以精确控制各区域各部分流道和进料口的温度。

四、典型工艺

产品名称：70寸液晶电视后壳

使用原料：PC ABS

设备：2800吨注塑机

辅助设备：双向吸料机、模温控制器、除湿干燥机、60点流道温度控制器、针阀程序控制器、三轴伺服机械手。

工艺条件：

料筒温度：195℃、210℃、220℃、230℃、230℃、230℃、220℃。模具温度：定模80℃，动模60℃，定模采用电热棒+热水；动模采用热水。流道温度：分流道温度控制在210～220℃，进料口温度控制在220～235℃。注塑压力：55%、45%、35%、20%；保压压力：25%、15%。注塑速度：20%、85%、65%、35%。注塑时间：充模7.8～8秒；保压时间：18秒～20秒。冷却时间：30～32秒；周期时间：95～97秒。材料干燥温度：90℃；干燥时间：4.5小时。

结语

PC ABS通过设备和模具的精细设计，可以满足60寸以上液晶电视机后壳的注塑生产，通过热流道系统以及程序针阀控制设备，能够得到比较满意的制品外观和比较精确的制品尺寸，且可以实现连续的大规模全自动生产。

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