Proprietatile polimerilor

Structurile enantritope se formează prin încălzirea fazei cristaline sau prin răcirea lichidului izotrop şi se caracterizează printr-un domeniu definit de temperatură al stabilităţii, în sensul că tranziţiile se petrec la o temperatură a stabilităţii (se petrec la o temperatură specifică prin răcire sau încălzire). Mezofaza monotropă se obţine numai prin suprarăcirea lichidului izotrop.

Cea de a doua clasă – cristalele lichide liotrope – se formează în stare de soluţie la o anumită concentraţie a compusului dizolvat. Dintre materialele care formează cristale lichide liotrope se amintesc săpunurile, detergenţi şi diverşi compuşi macromoleculari naturali şi sintetici.

O substanţă dată poate trezenta diferite mezofaze, fiecare dintre ele apărând în intervale definite de temperatură separate prin tranziţii de ordinul I.Structurile moleculare lichid-cristaline sunt de tip nematic, smectic şi colesteric (fig. 1).

În primul caz, centrele de greutate ale particulelor ce alcătuiesc mezofaza lichid-cristalină sunt dispuse la întâmplare, ceea ce face ca aici să lipsească ordinea îndepărtată. Axele tuturor particulelor din interiorul volumului elementar al probei macroscopice sunt totuşi orientate într-o anumită direcţie.

În mezofazele smectice, centrele de greutate ale moleculelor în stare întinsă, sunt dispuse în plane echidistante ce alcătuiesc straturi smectice. În interioril straturilor dispunerea moleculelor este întâmplătoare, astfel că axele pot fi orientate paralel cu normala stratului, sau formează diferite unghiuri cu aceasta, generând o multitudine de formaţiuni smectice. În interiorul straturilor sunt posibile, de asemenea, structuri bidimensionale de ordine apropiată sau îndepărtată.

Mezofaza colesterică apare la substanţele optic active şi corespunde unor straturi nematice răsucite într-o structură elicoidală. Mezafaza constă din straturi asemănătoare fazei smectice, însă fiecare strat prezintă o ordine caracteristică de tip nematic.
Substanţele capabile să formeze faza lichid-cristalină au moleculele lungi, plate şi rigide de-a lungul axei longitudinale. Anizotropia geometrică este necesară, dar nu şi suficientă.

Aceste condiţii sunt îndeplinite cu prisosinţă de mulţi produşi macromoleculari, la care elementul în raport cu care se realizează ordonarea se poate găsi în catena de bază, ori în substituentul lateral. Ca şi substanţele organice simple, polimerii formează mezofaza lichid-cristalină în soluţii de o anumită concentraţie (cristale lichide liotrope), sau în topitură.

Principalele condiţii ce trebuie să le îndeplinească o substanţă pentru a da structuri lichid-cristaline sunt asimetria moleculei şi rigiditatea acesteia. La polimeri, condiţia de simetrie este îndeplinită prin însăşi natura lor, astfel că apariţia fazei mezomorfe va fi determinată de flexibilitatea lanţului. Cercetările efectuate asupra polimerilor cu lanţuri flexibile (PE, PS, PMMA, PET, policarbonaţi), s-au materializat în formularea a două modele structurale pentru starea lor amorfă: cel de ghem şi cel al pachetelor.

În cazul primului model, faza amorfă se admite ca fiind omogenă, iar stările conformaţionale ale lanţurilor corespund ghemului statistic. Modelul pachetelor presupune că, faza amorfă, la nivel molecular, este heterogenă şi anizotropă şi se admite ca posibilă existenţa domeniilor cu ordine lichid-cristalină.

Această ipoteză a fost totuşi respinsă, arătându-se că polimerii cu lanţuri flexibile în stare amorfă nu formează domenii ordonate. Ele pot să apară după o prelucrare specială a compusului macromolecular (de exemplu etirare), când se induc structuri mezomorfe ce amintesc de mezofaza lichid-cristalină.