Transições de fase em polímeros líquido-cristalinos de cadeia lateral
Marcela Hernandez Jimenez
TESE
Português
(Broch.)
T/UNICAMP H43t
[Phase transitions in side-chain liquid-cristaline polmers]
Campinas, SP : [s.n.], 2007.
120 p. : il.
Orientador: Harry Westfahl Junior
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin
Resumo: Os polímeros líquido-cristalinos são estruturas macromoleculares compostas por blocos moleculares flexíveis e rígidos, que combinam propriedades típicas de polímeros e de cristais líquidos. Como ocorre nos copolímeros de blocos flexíveis, a macro-separação de fases originada pela...
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Resumo: Os polímeros líquido-cristalinos são estruturas macromoleculares compostas por blocos moleculares flexíveis e rígidos, que combinam propriedades típicas de polímeros e de cristais líquidos. Como ocorre nos copolímeros de blocos flexíveis, a macro-separação de fases originada pela incompatibilidade química entre os diferentes tipos de blocos é frustrada pela conectividade do polímero. Isto resulta na microsegregação de fases, ou formação de microdomínios, característicos de cada um dos blocos e dispostos de maneira auto-organizada. Os polímeros líquido-cristalinos de cadeia lateral (PLCCL) são copolímeros graftizados ou enxertados1, que caracterizam-se por possuir uma cadeia flexível contendo moléculas rígidas (mesógenos) liigadas à mesma em intervalos regulares, através de unidades metilénicas denominadas espaçadores. O acoplamento entre os mesógenos (moléculas rígidas responsâveis pela formação de fases líquido-cristalinas) e a cadeia principal nestes polímeros, origina-se de uma competição entre o ordenamento dos mesógenos dos grupos laterais e a entropia conformacional da cadeia principal. Neste trabalho propomos um modelo microscópico para PLCCL, que leva em conta a competição entre as interações isotrópicas de volume excluído e as interações anisotrópicas de Maier-Saupe. Os blocos flexíveis do PLCCL são tratados como cadeias Gaussianas, enquanto os mesógenos são tratados como bastões rígidos. Usando um desenvolvimento em séries de potências dos parâmetros de ordem, conhecido como aproximação Random Phase Approximation (RPA) calculamos o funcional de energia livre para os PLCCL em função de dois parâmetros de ordem, um relacionado às flutuações de densidade e outro relacionado às flutuações de orientação. Mostramos que a estabilidade da fase isotrópica, em relação a essas flutuações, depende da razão entre os potenciais das interações Flory-Huggins (isotrópicas) e Maier-Saupe (anisotrópicas). Neste caso, três fases termodinâmicas são evidenciadas. A primeira delas, corresponde a uma fase nemâtica similar à fase nemâtica dos cristais líquidos monoméricos. A segunda é uma fase na qual hâ uma modulação da densidade, mas não há orientação dos mesógenos, ou seja, uma fase paranemática com modulação de densidade. A terceira é uma superposição dos dois tipos anteriores, e portanto, sugere a existência de uma fase esmética. Numa anâlise mais detalhada da transição nemática-esmética, estudamos a instabilidade da fase nemática em relação à formação de fases esmética A e C. Essas análises foram efetuadas variando-se os parâmetros de geométricos do PLCCL, tais como grau de polimerização, tamanho dos mesógenos, tamanho do espaçador e espaçamento entre os grupos laterais. Os resultados obtidos com este modelo apresentam uma concordância qualitativa com as observações experimentais relatadas na literatura. 1 A palavra "graftizado" é uma tradução da palavra inglesa "grafted", aceita pelo Comitê Brasileiro para Assuntos de Química junto à IUPAC, vide referências [1,2]
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Abstract: Polymeric liquid crystals are materials that combine properties of both polymers and liquid crystals. These polymers can be thought as block copolymers made of ftexible and rigid molecular blocks. As in flexible block copolymers, the macrophase separation originated from the repulsion...
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Abstract: Polymeric liquid crystals are materials that combine properties of both polymers and liquid crystals. These polymers can be thought as block copolymers made of ftexible and rigid molecular blocks. As in flexible block copolymers, the macrophase separation originated from the repulsion between different blocks is frustrated by the connectivity constraint imposed by the architecture of the polymer. This frustration results in the formation of alternated microdomains, rich in the fiexible or rigid component (microphase separation). In Side-Chain Liquid-Crystalline Polymers (SCLCP) the mesogenic units are periodically attached to a ftexible polymer (backbone) through a polymeric chain called spacer. Because of the coupling effect of the spacer, there is a competition between the ordering of the mesogens in the side groups and the conformational entropy of the backbone. In this work we propose a microscopíc model for SCLCP that takes into account the competition between the isotropic excluded volume interactions and the anisotropic Maier-Saupe interactions. The flexible blocks are treated as ideal Gaussian chains while the mesogens are considered as rigid mesogenic rods. Using an series expansion on the arder parameters, known as Random Phase Approximation (RPA), we calculate the free energy functional for the SCLCP as a function of two order parameters, one related to density ftuctuations and another related to orientational fluctuations. We show that the stability of the isotropic pha..,e against these fluctuations depends on the relative strength between the Flory-Huggins and the Maier-Saupe interactions. Three different thermodynamic phases are found within this model. The first one is a nematic phase similar to the nematic phase of low molar mass liquid crystals. The second one is a phase with modulated density without mesogen orientation, being this a paranematic phase. The third phase is characterized by both density modulation and orientational order, suggesting the formation of a smectic phase. In a more detailed analysis of the nematic-smectic transition, we studied the stability of the nematic phase against the formation of smectic A and smectic C phases. This analysis was performed for different values of the geometrical parameters of the molecule, such as degree of polymerization, length of the spacer, length of the meso.gen and spacing between side groups. The results obtained are in qualitative agreement with experimental data found in literature
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Westfahl Junior, Harry, 1972-
Orientador
Figueiredo Neto, A. M.
Avaliador
Silveira, Nádya Pesce da, 1960-
Avaliador
Tamashiro, Mário Noboru, 1965-
Avaliador
Koning, Maurice de, 1969-
Avaliador
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Marcela Hernandez Jimenez
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