[发明专利]一种以苝酰亚胺(PDI)为侧基、具有光电性能的刚性链液晶高分子的制备方法

说明书

本发明公开了一种以苝酰亚胺(PDI)为侧基、具有光电性能的刚性链液晶高分子的制备方法。首先合成侧基带有PDI基团的单体，通过自由基聚合得到聚合物。由于该类分子在结构上为典型的甲壳型液晶高分子，因此尽管没有液晶基团的引入，也具有优良的液晶性能；同时，由于PDI基团的引入，相对于传统的液晶高分子，PDI基团赋予了此类液晶聚合物独特的光电性能，使其在有机半导体材料，聚合物太阳能电池等领域具有良好的应用，极大的扩展了该类高分子材料的应用范围。本发明的液晶高分子材料具有良好的光电性能、力学性能、高温耐受性、加工性，从而在光电学以及生物功能材料等领域均具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于化学和材料领域，特别涉及到了一种基于苝酰亚胺(PDI)刚性链液晶高分子的制备方法。

背景技术

北酰亚胺(PDI)是一种典型的N型有机半导体，具有高的化学、热和光化学稳定性。经过修饰的PDI小分子在可见光区域一般都表现出强烈的吸收，同时，由于此类分子具有良好的LUMO(最低未占分子轨道)能级从而也表现出优秀的电子亲和能力，在有机半导体材料，聚合物太阳能电池等方面具有广泛的用途。甲壳型液晶高分子是指一类庞大侧基(该类侧基可以是液晶基元也可以不是液晶基元)通过一个共价键或很短的间隔基在重心位置(或腰部)与高分子主链相连而形成的液晶高分子。由于侧基和主链存在较强的相互作用，众多庞大的刚性侧基会迫使柔性主链采取伸直链的构象，从而使得整个分子呈现柱状的特征，因而该类聚合物表现出的液晶现象不是依赖于其侧基，而是其整个分子链相互堆积而形成。

本发明旨在通过引入具有PDI的结构单元作为侧基、具有光电性能的构筑一种刚性链的液晶高分子，相对于传统的PDI小分子，构筑的液晶高分子具有更好的热稳定性以及成膜性能，扩展了该类材料的进一步应用。本发明的液晶高分子材料具有良好的光电性质、力学强度、抗形变能力、耐高温、加工性，从而在电光学以及生物医用材料等领域均具有潜在的应用价值。

发明内容

本发明旨在通过引入PDI的侧基构筑新型的刚性链液晶高分子。首先选择合适的反应原料和反应途径，合成含有PDI的单体，在合适的反应条件下设计并合成了具有甲壳型效应的聚合物，通过调节侧基结构，在不影响其液晶性的条件下制备具有光电性能的刚性链液晶高分子。

本发明公开了一种基于PDI的刚性链液晶高分子的制备方法。首先合成带有PDI基团的液晶单体，通过自由基聚合得到液晶聚合物。由于该类分子在结构上为典型的甲壳型液晶高分子，因此尽管没有液晶基团的引入，也具有优良的液晶性能；同时，由于PDI基团的引入，相对于传统的液晶高分子，赋予了此类液晶聚合物独特的光电性能，从而在有机半导体材料，聚合物太阳能电池等领域具有良好的应用，极大的扩展了该类高分子材料的应用范围。本发明的液晶高分子材料具有良好的光电物理性质、力学强度、耐高温、加工性，从而在光电学以及生物材料等领域均具有潜在的应用价值。

本发明的技术方案为：

一种基于苝酰亚胺(PDI)的刚性链液晶高分子，其中PDI基团作为侧链，同时该侧基迫使该类聚合物呈现刚性链结构，并表现出液晶性质，其结构式如式Ⅰ所示：

式Ⅰ中，n为10～1500的整数，R₁为中的一种，且0≤m≤12；

R2表示式Ⅱ中的一种：

E1、E2分别为氢，烷基，烷氧基，卤数原子，硝基，磺酸基中的一种；

R3为式Ⅲ中的一种：

其中P1为烷烃，烷氧基中的一种；

其中P2为氢，烷基，烷氧基，卤数原子，硝基，磺酸基中的一种。

值得说明的是，上述结构中的游离“－”，均表示连接端。