Thermotropic liquid crystalline polyesters with two different mesogenic groups of smectic and nematic state were prepared in the form of random copolymer, block copolymer, and polymer blend. The thermal properties as well as the mesomorphic behavior were studied by differential scanning calorimetry and polarizing microscope. Crystallization kinetics of the homopolymers and their blends were analyzed using Avrami equation through isothermal DSC method. Rheological properties were studied by rheometrics dynamic spectrometer. The structural effects of the flexible spacer of the methylene group and the rigid mesogenic unit on the properties of the liquid crystalline polymer were also studied.
The crystal melting temperatures of the random copolymers exhibited a eutectic point, and in the liquid crystalline state, the smectic to nematic transition was observed. In contrast to the random copolymer, the polymer blend showed coexisting nematic and smectic phases in the liquid crystalline state. The mesomorphic state of the polymer blends was very similar to that of low molecular weight binary mixtures.
The thermal behavior of the block copolymers having long block segment was similar to that of the polymer blends, while block copolymers having short block segment resembled the random copolymers. It was found that the structure of the crystalline and liquid crystalline phases were strongly affected by components with different length of flexible spacer units in all of the two component polyester systems. The crystallization kinetic analysis showed that little reorganization occurred during the crystallization of the nematic polymer (NP6) from the liquid crystalline state, but massive structural rearrangement was observed for the smectic polymer. For the polymer blends, it was observed that the nematic polymer acted as a nucleating agent for the crystallization of the smectic polymer. The rheological behavior of the homopolymers in the liquid crystalline state was similar to that of the filled polymer systems which have apparent yield stress. The binary systems exhibited nearly same types of flow curves as those of the homopolymers. The liquid crystalline phase had a lower viscosity than the isotropic melt, except at low frequencies, and showed a longer relaxation time.
본 연구에서는 스멕틱과 네마틱 메소겐으로 구성된 2성분계 액정폴리에스터 (random 공중합체, 블랜드, block 공중합체)를 제조하여 그들의 액정거동에 대하여 살펴보았다. 열적 특성은 DSC와 편광현미경을 사용하여 분석하였고, 유변학적 물성은 RDS를 이용하여 분석하였다. 단독중합체와 블랜드의 결정화속도는 등온 DSC 방법으로 Avrami식을 이용하여 해석하였다. 또한 유연격자와 메소겐기의 구조적 차이가 2성분계의 물성에 미치는 영향도 살펴보았다.
Random 공중합체는 공융점 거동을 나타내었으며, 액정상에서는 단독중합체에서 볼 수 없었던 스멕틱-네마틱 전이현상이 관찰되었다. 이와는 달리 블랜드계는 공융혼합물을 형성하지 않았고 액정상에서는 스멕틱상과 네마틱상이 공존하는 불균일 영역이 관찰되었다. 이러한 블랜드계의 액정거동은 저분자량 액정혼합물과 매우 유사하였다. Block의 길이가 긴block 공중합체의 열적거동은 블랜드의 그것과 비슷하였으며 반면에 block의 길이가 짧은 block 공중합체는 random 공중합체와 유사한 열적거동을 나타내었다. 모든 2성분계에 있어서 결정상과 액정상의 구조 및 열적거동은 유연격자가 다른 성분으로 구성될때 더 많은 영향을 받았다. NP6단독중합체는 결정화시 재배열이 거의 일어나지 않고 네마틱 액정상의 구조를 그대로 보존하였으며, 반면에 유연격자의 길이가 긴 SP10과 NP10 단독중합체는 심한 재배열이 일어나 액정상과는 구조가 전혀 다른 결정을 형성하였다. 블랜드에 있어, 스메틱 성분의 결정화속도는 네마틱 성분이 증가함에 따라 최고점을 나타내었으나, 네마틱 성분의 결정화 속도는 스멕틱 성분이 첨가됨에 따라 단순히 감소하였다. 단독중합체 액정상의 유변학적인 거동은 항복강도(yield stress)를 갖는 고분자 복합체의 유변학적 거동과 매우 유사하였으며, 2성분계도 거의 비슷한 거동을 나타내었다. 액정상은 낮은 온도에도 불구하고 등방성 액체보다 낮은 점도를 나타내었으며 비교적 긴완화시간을 보여주었다.
