Разработка и совершенствование современных устройств для оптоэлектроники, информационных технологий, лазерной техники и других практических приложений невозможно без создания новых функциональных материалов. Одними из них являются жидкокристаллические композиты, состоящие, как минимум, из двух компонентов -жидкого кристалла (ЖК) и матрицы, в качестве которой могут быть стекла, полимеры, изотропные жидкости, эпоксидные компаунды и др. Среди композитных сред капсулированные полимером жидкие кристаллы (КПЖК) занимают особое место. Данный материал, представляющий собой полимерную пленку с диспергированными в ней каплями жидкого кристалла, сочетает полезные качества, присущие как полимерам, так и жидким кристаллам. Он характеризуется простой и недорогой технологией изготовления, гибкостью, надежностью в эксплуатации, высокими быстродействием и чувствительностью к внешним воздействиям, в особенности, к электрическому полю.

Цель исследований, проведенных нами в 2006 г., состояла в отработке методик получения наноразмерных капель жидкокристаллического соединения, распределенных в полимерной матрице, и получении опытных образцов для физических измерений. В качестве жидкокристаллического соединения использовался жидкий кристалл ВИН-9 (производное цианофенила).

Полимерные матрицы с диспергированным в них жидкокристаллическим соединением получали двумя способами.

Первый способ предусматривал введение жидкого кристалла в полимерную матрицу путем эмульгирования в водном растворе полимера. В качестве водорастворимых полимеров были испытаны полиакриламид, полиакрилат натрия, сополимер акриламида с акрилатом натрия с различным соотношением акриламидных и акрилатных звеньев, а также поливиниловый спирт (ПВС). Жидкий кристалл эмульгировали в водных растворах полимеров, при этом варьировали концентрацию полимера в воде в пределах от 1 до 20 мас.%, а также отношение массы жидкого кристалла к массе сухого полимера в пределах от 1:5 до 1:1. Установлена возможность получения устойчивых эмульсий. При использовании в качестве водорастворимых полимеров полиакриламида, полиакрилата натрия, сополимеров акриламида с акрилатом натрия с различным соотношением акриламидных и акрилатных звеньев выяснилось, что низкая вязкость полученных эмульсий затрудняет получение образцов для физических измерений.

Наиболее приемлемым оказалось использование поливинилового спирта в качестве полимерной матрицы. Был приготовлен 20 % раствор полимера в воде. Затем к нему было добавлено жидкокристаллическое соединение, количество которого соответствовало массовому соотношению поливиниловый спирт - жидкокристаллическое соединение, равному 1:1. Полученная композиция тщательно перемешивалась и затем обезгаживалась в течение 2 часов. Капля полученной композиции пипеткой наносилась на стекло и равномерно распределялась по его поверхности. В течение 10 минут образец высушивали на воздухе при комнатной температуре, после чего плотно накрывали вторым стеклом. Окончательная фиксация происходила спустя 40 минут. Полученная пленка имела толщину 25 мкм.

Второй способ предусматривал капсулирование жидкокристаллического соединения в полимерной матрице методом фотополимеризации. Мономером на данном этапе исследования служил метилметакрилат (ММА), полимеризация которого с использованием вещественного инициирования (инициаторы — пероксид бензоила или азо-бмс-изобутиронитрил) ранее была хорошо изучена. В то же время фотополимеризация ММА ранее нами не проводилась. В качестве источника УФ-излучения в настоящей работе использовали лампу ДРТ-220 (мощность 220 вт, напряжение на лампе 70 в, рабочая сила тока 3,7 А,
максимальная сила тока 5 А).

Прежде всего было установлено, что исследуемое жидкокристаллическое соединение совместимо с мономером.

При фотополимеризации раствора жидкокристаллического соединения в ММА в тонком слое между кварцевыми пластинками было обнаружено, что процесс осложняется быстрым испарением мономера. Для преодоления данного осложнения было предложено в качестве полимеризующейся среды использовать раствор форполимера ММА в собственном мономере.

Была разработана методика и проведена фотополимеризации ММА в присутствии жидкокристаллического соединения между двумя кварцевыми стеклами (толщина стекла 535 нм). Готовили раствор полиметилметакрилата в ММА, при этом использовали полимер, полученный эмульсионным способом или фотополимеризацией ММА в кварцевой пробирке (68⁰С, 60 мин). К полученному раствору добавляли жидкокристаллическое соединение, а также пероксид бензоила и бензофенон. Массовое соотношение полиметилметакрилат: ММА : жидкокристаллическое соединение : пероксид бензоила : бензофенон составляло 7 : 47 : 44 : 1 : 1. Во время гомогенизации раствор выдерживали при температуре 0 ч +7 °С. Время фотополимеризации составляло 2,5 часа, расстояние от источника УФ-облучения – 10 см. Видимые изменения в полимерной композиции, находившейся между стеклами, проявились только после быстрого охлаждения облученного образца до комнатной температуры. Пленка стали непрозрачной, приобрела белый цвет. Толщина полученных образцов составила 70 нм.

Установлено, что оба предлагаемых метода приготовления полимерных матриц с диспергированным в них жидкокристаллическим соединением позволяют получать образцы с требуемыми физико-химическими свойствами.

Были также проведены предварительные опыты по подбору условий фотополимеризации ММА в массе, нацеленной на получение полиметилметакрилата и его композиций с жидкокристаллическим соединением в количествах, достаточных для анализа молекулярной структуры полимерной матрицы.