I CRISTALLI LIQUIDI POLIMERICI
I cristalli liquidi polimerici sono una classe di materiali che uniscono le proprietà dei polimeri con quelle dei cristalli liquidi e ne mostrano le stesse mesofasi. Per mostrare le caratteristiche dei cristalli liquidi, bisogna incorporare nelle catene di questi ibridi elementi filiformi o a forma di disco (mesogeni). A seconda della disposizione dei mesogeni si hanno:
- cristalli liquidi polimerici a catena principale MC-PLCs (si sviluppano quando i mesogeni fanno parte della catena principale di un polimero);
- cristalli liquidi polimerici a catena laterale SC-PLCs (si hanno quando i mesogeni sono collegati al polimero come catene laterali attraverso uno spaziatore).
FASI DEI CRISTALLI LIQUIDI POLIMERICI
I cristalli liquidi polimerici formano le stesse mesofasi dei comuni cristalli liquidi. Per comprendere le proprietà delle molecole è necessario capire come si allineano.
- I SC-PLCs mostrano una tendenza a separare la catena principale dai gruppi laterali mesogenici. Molti tendono a formare la configurazione "double comb" (le catene laterali puntano al di fuori della catena principale in modo alternato).
- I MS-PLCs si formano quando degli elementi rigidi vengono incorporati nella catena principale di polimeri flessibili, consentendo al polimero di orientarsi in maniera simile ai cristalli liquidi ordinari e avere le loro caratteristiche. Esistono due gruppi di MS-PLCs. Il primo è caratterizzato da monomeri rigidi e filiformi, costituiti da anelli aromatici. Il secondo e principale gruppo ingloba direttamente un mesogeno nella catena che si comporta come le zone rigide del primo gruppo. Questo gruppo è diverso dal primo poiché i mesogeni sono separati o "disaccoppiati" dallo spaziatore (ponte flessibile): questo facilita l’allineamento delle molecole. Il comportamento mesogenico spesso avviene a temperatura al di sopra del punto in cui il polimero si decompone. E’ difficile creare cristalli liquidi polimerici adeguati. A questo problema si ovvia abbassando le temperature di fusione dei polimeri. Ciò riguarda:
- la disposizione dei monomeri nella catena;
- la copolimerizzazione: creando un copolimero random, si minimizzano le interazioni tra catene;
- l’introduzione di difetti: creando "pieghe" a 120° nella catena, si indebolisce la capacità di allineamento dei polimeri (troppe pieghe annullano il comportamento liquido cristallino).
CRISTALLI LIQUIDI POLIMERICI A CATENA LINEARE
Questo tipo di cristalli liquidi allargano l’intervallo di temperatura del comportamento mesogenico a differenza dei cristalli liquidi polimerici a catena principale. I cristalli liquidi a catena laterale hanno tre comportamenti strutturali principali, che possono essere variati in diversi modi:
- la catena principale a cui sono attaccate quelle laterali;
- il mesogeno: la parte più importante di un SC-PLC; l’allineamento di questi gruppi causa il comportamento liquido cristallino;
- lo spaziatore permette ai mesogeni attaccati ai cristalli a catena laterale di orientarsi: spaziatori corti portano a fasi nematiche, quelli lunghi a fasi smettiche.
APPLICAZIONE DEI CRISTALLI LIQUIDI POLIMERICI
Le applicazioni vanno dalla produzione di materiali ad alta resistenza fino agli strumenti ottici:
- fibre altoresistenziali: il revlar, usato per elmetti, giubbotti antiproiettile, è efficace perché resistente e leggero;
- applicazioni ottiche: vengono utilizzate nell’industria dei displays, ma le loro molecole impiegano molto tempo ad allinearsi i campi elettrici. I cristalli liquidi polimerici a catena laterale mostrano buone proprietà per applicazioni in dispositivi otticamente non lineari.