Comportamento mesomórfico, estrutura e ordenação de cristais líquidos poliméricos em massa e em solução : um estudo através de espalhamento de luz e raios-X

Abstract

O comportamento de uma série de novos poliacrilatos líquido-cristalinos de cadeia lateral, no estado puro e em solução, foi estudado através das técnicas de Espalhamento de Luz, Raios-X e Microscopia Ótica de Luz Polarizada. A investigação dos homopolímeros no estado puro deu-se através das técnicas de luz espalhada despolarizada e espalhamento de Raios-X a Baixo e Alto Ângulo. A intensidade de luz espalhada anisotrópica por monodomínios constituídos de poliacrilatos líquido-cristalinos foi relacionada com o arranjo orientacional da cadeia polimérica, possibilitando o estudo das transições de fases e a determinação de parâmetros de ordem em homopolímeros esméticos. A caracterização, o arranjo e a ordenação local de cada mesofase foram obtidos através de Espalhamento de Raios-X tanto em homopolímeros não-orientados como orientados pela ação de um campo magnético. A influência do grupo espaçador e do mesogênico lateral no empacotamento local das camadas esméticas é descrito. A ordenação lamelar de cadeias poliméricas, em função da temperatura, para uma série de homopolímeros esméticos estudados, é discutida. O estudo dos poliacrilatos em solução deu-se em solvente orgânico e em cristais líquidos de baixa massa molar. O comportamento de soluções dos homopolímeros em THF em diferentes regimes de concentração foi investigado por espalhamento de luz estático e dinâmico. A formação de agregados pelo aumento da concentração em solvente orgânico é definida como uma manifestação das forças de interação responsáveis pela formação das fases líquido-cristalinas no estado puro. A organização de um dos homopolímeros em soluções concentradas em THF é discutida através de Espalhamento de Raios-X a Baixo Ângulo. Misturas de homopolímeros nos nematogênicos 5CB e 8CB foram investigadas através de Espalhamento de Raios-X a Baixo Ângulo. Dados complementares foram obtidos através de Microscopia Ótica de Luz Polarizada. O polímero nemático, na presença dos solventes líquido­cristalinos, apresentou uma fase esmética induzida, enquanto que o polímero esmético manteve essa mesofase e sofreu um efeito de inchamento das lamelas. Adicionalmente, microestruturas com arranjo lamelar foram detectadas na matriz isotrópica do solvente.

The solution and bulk behaviors of a series of new side chain liquid crystalline polyacrylates have been investigated using Light Scattering, X-Ray Scattering and Polarized Optical Microscopy. Depolarized Light Scattering and X-Ray Scattering have been used to investigate the polyacrylates in the bulk state. Anisotropic light scattering in monodomains of liquid crystalline polyacrylates was related to the orientacional arrangement of the polymeric chains. ln this way, the phase transition temperatures as well as the degree of order of the smectic polymers have been determined. The characterization and arrangement of each mesophase have been obtained using X-Ray Scattering in non-orientated and orientated homopolymers by magnectic field. The influence of the lateral spacers and the mesogenic groups on the local packing of the smectic layers is described. The lamellar order of the polymeric chains as a function of temperature to a series of homopolymers is discussed. The solution behavior of the homopolymers was studied in THF (organic solvent) and two liquid crystal solvents of low molar mass (5CB and 8CB). Static and Dynamic Light Scattering have been used to study the homopolymers in THF at different concentration regimes. The formation of clusters in organic solvent was observed as a consequence of the interaction forces between liquid crystalline polymer chains, which cause the liquid crystalline mesophases in the bulk state. The arrangement of polyacrylate concentrated solution in THF is discussed on the basis of Small Angle X-Ray Scattering experiments. Mixtures of the homopolymers in the 5CB and 8CB nematogenics have been investigated through Small Angle X-Ray Scattering. Complementary data were obtained using Polarizing Optical Microscopy. ln solution in the liquid crystalline solvents, the nematic polymer exhibits an injected smectic phase, whereas the smectic one maintains the smectic arrangement already observed in the bulk, with a swollen smectic layers. Moreover, microstructures in the isotropic solvent matrix containing the liquid crystalline polymers with a smectic arrangement were detected.

Le comportement d'une série de nouveaux polyacrylates cristaux liquides de chaînes latérales, pure et en solution, a été etudié par des techniques de Diffusion de Lumière, Rayons-X et de Microscopie Optique Polarisée. Les techniques de Diffusion de Lumière Depolarisée et Diffusion de Rayons-X ont été utilisées pour étudier les polyacrylates à l'état pur. L'intensité de lumiére diffusée depolarisée par monodomaines de polyacrylates cristaux liquides a été lié à l'arrangement orientational des chaînes polymériques. A partir de ces expériences, les témperatures de transition des phases ainsi que le parameter d'ordre des polymeres smectiques ont été determinés. La caractérisation et l'arrangemment de chaque mésophase ont été obtenus par Diffusion des Rayons-X dans les homopolymères non-orientées et orientées par le champ magnétique. L'influence des épaisseurs latérales et des groupes mésogéniques dans l'arrangemment local entre les couches smectiques été décrit d'une manière très calire. L'ordre lamellaire des chaînes polymériques d'une série d'homopolymères, en fonction de la température, est discuté en détails. Le comportement des homopolymères en solution a été etudié dans un solvent organique (THF) et aussi dans des solvant cristaux liquids (5CB et 8CB). Le comportement des solutions des homopolymères dans THF, dans différentes regimes de concentrations, a été etudié par diffusion de lumière statique et dynamique. La formation d'agrégats en solution a été observé et a comme origine les forces d'interaction des mesophases à l'état pur. L'arrangement d'un polyacrylate dans les solutions concentrées dans le THF est discuté à partir des resultants obtenus par la technique de difffusion des Rayons-X aux petits angles. Les mélanges des homopolymères dans les solvants cristaux liquides 5CB et 8CB ont été étudiés par Diffusion des Rayons-X aux petits angles. Des données complémentaires ont été obtenues par Microscopie Optique Polarisée. En solution dans les solvents cristaux liquides le polymère nematique montre une phase sméctique étirée, tandis que le polymère sméctique maintient l'arrangement smectique déjà observé à l'état pur, avec un effet de couches smectiques gonflés. Des microstructures contenant les polymères cristaux liquide avec un arrangement smectique ont été détectées dans la matrice isotrope du solvent.