Содержание к диссертации
Стр.
Введение 4
Глава 1. Литературный обзор 7
Лиотропные жидкокристаллические системы. Общая характеристика.. .7
Взаимодействия, приводящие к образованию супрамолекул 9
Жидкокристаллические системы с п - п взаимодействием 12
Жидкокристаллические системы с водородными связями 15
Жидкокристаллические системы с комбинированным взаимодействием 16
Системы, образующие хромонические мезофазы 18
Оптические текстуры хромонических систем 28
Образование хромонических ЖК мезофаз в системе дисульфоиндантрон - вода 30
1.6. Сравнение О - и Е — поляризаторов 34
Глава 2. Объекты и методы исследования 42
Объекты исследования 42
Методы исследования 44
Метод динамического светорассеяния 44
Определение плотностей красителей 44
Метод малоуглового рассеяния рентгеновских лучей 45
Определение электрофоретической подвижности 46
Глава 3. Результаты и их обсуждение 48
3.1. Определение размеров агрегатов молекул красителей методом
динамического светорассеяния 48
Влияние концентрации бордо на процессы агрегации 48
Влияние электролита на агрегацию красителей в растворе 50
Определение плотностей индивидуальных красителей и их смесей .... 53
Исследование строения мезофаз красителей по данным малоуглового рассеяния рентгеновских лучей 57
3.3.1. Лиотропные жидкокристаллические мезофазы образуемые водными
растворами индивидуальных красителей синий и фиолетовый 57
Определения типа мезофаз методом поляризационной микроскопии 57
Строение мезофаз в растворах синего и фиолетового красителей по данным малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (SAXS) 59
Влияние температуры на строение мезофаз индивидуальных красителей 73
3.3.2. Лиотропные жидкокристаллические мезофазы образуемые
водными растворами бинарных смесей красителей синий и
фиолетовый 79
Определения типа мезофаз бинарных систем методом поляризационной микроскопии , 80
Влияние концентрации растворов красителей на структуру мезофаз бинарных смесей красителей 81
Влияние температуры на строение мезофаз бинарных систем 88
3. 4. Электрокинетические исследования золей индивидуальных
красителей и их смесей 92
Выводы 106
Список литературы 108
/
Введение к работе
Актуальность проблемы. При изготовлении современных жидкокристаллических (ЖК) дисплеев используется ряд оптических пленок различного назначения (поляризующие, двулучепреломляющис и др.). Потребительские качества таких дисплеев (размеры, потребляемая мощность, долговечность и др.) зависят не только от эффективности используемых пленок, но и от их толщины и стабильности характеристик в процессе эксплуатации. В этом плане новые перспективы открывает использование оптических пленок, получаемых нанесением на подложку лио-тропных жидкокристаллических мезофаз. Эта технология позволяет получать пленки толщиной менее одного микрометра. Они могут быть помещены внутрь дисплея и при этом их оптические характеристики не уступают, а часто превосходят, характеристики традиционных материалов аналогичного назначения (например, полимерных пленок).
Для производства поляризаторов по вышеупомянутой технологии могут использоваться водорастворимые красители, анизометричные агрегаты молекул которых при определенной концентрации образуют лиотропные жидкокристаллические мезофазы. Выбор красителей с определенной полосой поглощения позволяет получать поляризаторы, работающие во всем диапазоне длин волн видимого света. Для получения поляризаторов данного типа перспективными являются водорастворимые полициклические красители, в частности, сульфированные иидантрон и дибснзимидазолы перилентетракарбоновой и нафталинтетракарбоновой кислот. В водных растворах этих красителей при определенных условиях образуются лиотропные жидкокристаллические мезофазы1, которые и используются при изготовлении поляризаторов. Однако строение этих мезофаз, как правило, остается неизвестным. Практически отсутствуют и данные об основных коллоидно-химических свойствах этих дисперсных систем, что сдерживает их применение в производстве эффективных поляризаторов и анизотропных оптических покрытий нового типа. Производство таких покрытий невозможно без знания основных свойств получаемых композиций - природы и размеров формирующихся агрегатов, условий образования и строения мезофаз, электрокинетических свойств и т.д.
1 Структурными единицами в лиотропных жидких кристаллах являются, как правило, агрегаты молекул -мицеллы различного строения, называемые также стеками и супрамолекулами.
Цель работы заключалась в определении основных коллоидно-химических свойств растворов индивидуальных красителей - сульфированных производных индантрона, дибензимидазола перилентетракарбоновой кислоты и дибензимидазола нафталинтетракарбоновой кислоты и их смесей, а также в установлении строения жидкокристаллических мезофаз, образующихся в этих растворах.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Провести оценку размеров агрегатов молекул (мицелл), образующихся в растворах исследуемых красителей.
Определить концентрационные и температурные диапазоны существования жидкокристаллических мезофаз в исследуемых растворах.
Определить плотность красителей в агрегатах молекул (в стеках) и в сухом виде, что необходимо как для понимания строения жидкокристаллических мезофаз, так и для технологических целей.
Методом малоуглового рассеяния рентгеновских лучей и с использованием данных, полученных другими методами, установить строение мезофаз в водных растворах индивидуальных красителей и их смесей.
Установить закономерности влияния добавок некоторых электролитов на электрокинетический потенциал мицелл красителей и агрегативную устойчивость этих дисперсных систем.
Научная новизна. Установлено, что элементами лиотропных жидкокристаллических мезофаз, образующихся в растворах сульфированных индантрона и дибензимидазола перилентетракарбоновой кислоты, являются стержнсобразные агрегаты молекул; проведена оценка их размеров.
Показано, что образование супрамолекул в исследованных системах, начинается уже при концентрации красителей в растворе, не превышающей 0,001% масс. Обнаружено, что в М-фазе, образующейся в растворах сульфированного дибензимидазола перилентетракарбоновой кислоты, реализуется гексагональная упаковка стержнеобразных агрегатов молекул. Выявлены закономерности влияния температуры на жидкокристаллическое состояние исследованных систем.
Установлено, что мицеллы, образованные молекулами исследованных красителей, обладают отрицательным и большим (по абсолютной величине) электроки-
нетическим потенциалом, что обеспечивает высокую агрегативную устойчивость этим системам. Определено влияние индифферентных и неиндифферентных электролитов на величину электрокинетического потенциала мицелл красителей и их агрегативную устойчивость.
Установлено, что структура ЖК растворов смесей сульфированных индан-трона и дибеизимидазола перилентетракарбоновой кислоты близка по всем рассмотренным параметрам к структуре, образующейся в растворах сульфированного индантрона.
Практическая ценность. Установлены условия формирования и строение жидкокристаллических мезофаз в водных растворах сульфированных индантрона и дибеизимидазола перилентетракарбоновой кислоты. Определены плотности растворов красителей, плотности красителей в стеках, плотности сухих красителей и их смесей. Показано, что бинарные смеси, содержащие 50-70 % масс, сульфированного индантрона, являются термодинамически неустойчивыми, а, следовательно, для технологических целей (в частности, для производства стабильных поляризаторов) более подходят смеси, содержащие менее 50 % или более 70 % масс, сульфированного индантрона. Все эти данные необходимы для разработки технологии высокоэффективных поляризаторов нового типа на основе исследованных красителей.
Апробация работы и публикации. Результаты исследования опубликованы в 6 работах и обсуждались на XV Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2001» (Москва, 2001), на XVII Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2003» (Москва, 2003), на XIII Международной конференции «Surface Forces» (Москва, 2006), на Международном симпозиуме «Advanced Science in Organic Chemistry» (Судак, 2006).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и списка литературы. Работа представлена на 118 страницах машинописного текста, содержит 88 рисунков, 9 таблиц, библиографический список из 136 наименований.
