Transições de fase em polímeros líquido-cristalinos de cadeia lateral

Autor(es)

Marcela Hernández Jiménez

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb Wataghin
• Data de defesa: 2007-12-17

Membros da banca

Harry Westfahl Junior; A. M Figueiredo Neto; Nádya Pesce da Silveira; Mário Noboru Tamashiro; Maurice de Koning

• Orientador: Harry Westfahl Junior

Resumo

Os polímeros líquido-cristalinos são estruturas macromoleculares compostas por blocos moleculares flexíveis e rígidos, que combinam propriedades típicas de polímeros e de cristais líquidos. Como ocorre nos copolímeros de blocos flexíveis, a macro-separação de fases originada pela incompatibilidade química entre os diferentes tipos de blocos é frustrada pela conectividade do polímero. Isto resulta na microsegregação de fases, ou formação de microdomínios, característicos de cada um dos blocos e dispostos de maneira auto-organizada. Os polímeros líquido-cristalinos de cadeia lateral (PLCCL) são copolímeros graftizados ou enxertados1, que caracterizam-se por possuir uma cadeia flexível contendo moléculas rígidas (mesógenos) liigadas à mesma em intervalos regulares, através de unidades metilénicas denominadas espaçadores. O acoplamento entre os mesógenos (moléculas rígidas responsâveis pela formação de fases líquido-cristalinas) e a cadeia principal nestes polímeros, origina-se de uma competição entre o ordenamento dos mesógenos dos grupos laterais e a entropia conformacional da cadeia principal. Neste trabalho propomos um modelo microscópico para PLCCL, que leva em conta a competição entre as interações isotrópicas de volume excluído e as interações anisotrópicas de Maier-Saupe. Os blocos flexíveis do PLCCL são tratados como cadeias Gaussianas, enquanto os mesógenos são tratados como bastões rígidos. Usando um desenvolvimento em séries de potências dos parâmetros de ordem, conhecido como aproximação Random Phase Approximation (RPA) calculamos o funcional de energia livre para os PLCCL em função de dois parâmetros de ordem, um relacionado às flutuações de densidade e outro relacionado às flutuações de orientação. Mostramos que a estabilidade da fase isotrópica, em relação a essas flutuações, depende da razão entre os potenciais das interações Flory-Huggins (isotrópicas) e Maier-Saupe (anisotrópicas). Neste caso, três fases termodinâmicas são evidenciadas. A primeira delas, corresponde a uma fase nemâtica similar à fase nemâtica dos cristais líquidos monoméricos. A segunda é uma fase na qual hâ uma modulação da densidade, mas não há orientação dos mesógenos, ou seja, uma fase paranemática com modulação de densidade. A terceira é uma superposição dos dois tipos anteriores, e portanto, sugere a existência de uma fase esmética. Numa anâlise mais detalhada da transição nemática-esmética, estudamos a instabilidade da fase nemática em relação à formação de fases esmética A e C. Essas análises foram efetuadas variando-se os parâmetros de geométricos do PLCCL, tais como grau de polimerização, tamanho dos mesógenos, tamanho do espaçador e espaçamento entre os grupos laterais. Os resultados obtidos com este modelo apresentam uma concordância qualitativa com as observações experimentais relatadas na literatura. 1 A palavra "graftizado" é uma tradução da palavra inglesa "grafted", aceita pelo Comitê Brasileiro para Assuntos de Química junto à IUPAC, vide referências [1,2] (AU)

• Processo FAPESP: 03/06370-2 - Transições de fase em polímeros líquidos cristalinos
• Beneficiário: Marcela Hernandez Jimenez
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado