Введение к работе
Актуальность работы. Жидкие кристаллы (ЖК) нашли широкое применение в оптоэлектронике, приборостроении, медицине. Задача улучшения эксплуатационных характеристик электрооптических устройств на основе ЖК предъявляет повышенные требования к жидкокристаллическим (ЖК) материалам, например, к быстродействию электрооптических эффектов, также требуется улучшение физико-химических свойств (например, реологических характеристик, снижение электропроводности). Для снижения вязкости используют немезогенные добавки, которые, однако, при этом сужают интервал существования мезофазы. Задача получения ЖК материалов с заданными и надежно воспроизводимыми свойствами недостижима без тщательной очистки компонентов.
Системы жидкий кристалл – немезоген (НМ) представляют интерес, как для физической химии растворов, так и для технологии очистки ЖК соединений, поскольку стандартной финишной стадией очистки является многократная перекристаллизация из органического растворителя. Исследованиями, проведенными ранее, было установлено, что с большинством используемых в технологии очистки ЖК растворителей образуются системы с расслаиванием. По этой причине степень очистки от примесей низка и мало контролируема. Суммарное содержание примесей колеблется на уровне от 1 до 5 мол. %.
Из-за некорректной интерпретации результатов измерений многие опубликованные Т–х-диаграммы систем с ЖК содержат грубые ошибки. В связи с этим актуальным является экспериментальное исследование систем ЖК – НМ с целью определения типа взаимодействия компонентов, поиска классов растворителей, пригодных для кристаллизационной очистки ЖК. С целью получения надежных данных и сокращения трудоемкости определения типа фазовых диаграмм систем жидкий кристалл – немезоген и обнаружения расслаивания первостепенное значение приобретают методы термодинамического моделирования систем.
Цель работы: Выявление закономерностей взаимодействия компонентов в бинарных системах жидкий кристалл – немезоген для физико-химического обоснования процессов очистки мезогенов; разработка методов термодинамического описания систем с использованием минимума исходных данных – свойств индивидуальных компонентов.
В качестве мезоморфных компонентов были выбраны производные фенилбензоата и бензилиденанилина.
Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи: 1. Исследование фазовых диаграмм бинарных систем жидкий кристалл – немезоген методами термического анализа;
-
Установление закономерностей в типах гетерогенных равновесий и в характере межмолекулярного взаимодействия компонентов в системах с ЖК; расчет коэффициентов активности компонентов в системах, содержащих ЖК;
-
Разработка методов термодинамического моделирования Т-х-диаграмм систем жидкий кристалл – немезоген;
-
Расчет термодинамических характеристик фазовых переходов мезогенов.
Научная новизна:
-
Впервые методами термического анализа исследованы шесть систем жидкокристаллических фенилбензоатов с хлорбензолом и 1,4-диоксаном;
-
Впервые изучены тридцать политерм растворимости систем фенилбензоатов с органическими растворителями разных классов, а также получены экспериментальные данные по растворимости фенилбензоатов и бензилиденанилинов при 298 К (более 100 значений);
-
Впервые для систем жидкий кристалл – немезоген проведены расчеты коэффициентов активности ЖК фенилбензоатов в приближении модели регулярных растворов, а также разных модификаций модели ЮНИФАК;
-
Впервые рассчитаны температуры и энтальпии плавления для нескольких десятков «модельных» и ЖК соединений с использованием метода групповых составляющих.
Практическая значимость:
-
Разработана экспресс-методика подбора растворителей для кристаллизационной очистки мезогенов с использованием параметра растворимости Хансена;
-
Предложены разные классы растворителей для повышения эффективности очистки выбранных мезогенов методом кристаллизации. Получены количественные данные по политермам растворимости мезогенов в растворителях разных классов;
-
Предложены термодинамические методы прогнозирования Т–х-диаграмм систем жидкий кристалл – немезоген, позволяющие уменьшить трудоемкость проведения исследований.
Личный вклад автора состоит в непосредственном участии в получении всех экспериментальных и расчетных данных, их обработке и интерпретации, подготовке публикаций по выполненной диссертационной работе.
Автор защищает:
-
Результаты экспериментальных данных по растворимости ЖК и фазовым диаграммам систем жидкий кристалл – немезоген;
-
Результаты термодинамического моделирования систем жидкий кристалл – немезоген в приближении различных термодинамических моделей;
5 3. Результаты расчета физических и термодинамических свойств мезоморфных и модельных соединений на основе метода групповых составляющих.
Апробация результатов и публикаций
Основные результаты представленной работы были отражены на четырех конференциях: XX International conference on chemical thermodynamics in Russia (Нижний Новгород, 2015 г); X Всероссийская школа-конференция молодых ученых (Иваново, 2015 г); XX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Екатеринбург, 2016 г); XVI International scientific conference with elements of school of young scientists (Москва, 2016 г).
По материалам диссертации опубликовано 2 статьи в научных журналах из перечня ВАК и 4 тезиса докладов.
Структура и объем работы