基底性质对聚苯乙烯超薄膜黏弹性的影响

发布时间：2020-04-11 10:24

【摘要】：随着纳米科技的快速发展,聚合物材料的尺寸已下降至纳米级别。纳米尺度的受限对聚合物物理性质产生显著影响。黏弹性作为高分子材料特有的性质,既能够反映高分子链的微观运动机理,又与高分子材料的物理性能息息相关。因此,研究纳米受限态下聚合物黏弹行为具有重要的理论与实际意义。目前,基底效应被认为是导致受限态聚合物薄膜黏弹性偏离本体的主要原因之一,但人们对基底效应影响聚合物薄膜分子动力学行为的本质尚不明确。此外,国内外各研究报道的受限态下高分子动力学性质的分子量依赖性也存在争议。因此,需要进一步深入研究界面效应对受限态聚合物薄膜分子动力学的影响本质。本论文通过润湿脊发展动力学法系统探究了界面π-π作用强度对聚苯乙烯超薄膜黏弹性的影响,并在此基础上进一步探究了聚苯乙烯薄膜界面效应的分子量依赖性。主要结论如下:(1)通过调控基底表面苯环基团的含量探究不同π-π共轭作用强度对分子量为442kg/mol聚苯乙烯(PS_(442))薄膜黏流温度以及黏度的影响。发现PS_(442)超薄膜的黏流温度T_f、黏度发生变化的临界厚度h_c以及相同厚度PS超薄膜的黏度η均随基底苯环含量增大而增大。同时,苯基化基底上PS_(442)薄膜黏度-厚度依赖性与SiO_x/Si基底呈相反的趋势。当膜厚低于临界厚度h_c时,黏度随厚度降低而增大,且基底苯基含量越高,黏度增大越显著。进一步对苯基化基底影响PS薄膜黏度的原因进行探讨,发现随着基底苯基含量增大,基底的传递深度也逐渐增大。因此认为基底苯基含量越大,聚合物/基底π-π共轭作用越强,PS_(442)薄膜分子运动能力越弱,同时基底影响深度增大,所以导致PS薄膜黏度和黏流温度增大。这一结果表明通过调节界面相互作用可以改变界面传递深度进而实现对PS_(442)薄膜黏弹性的调控。(2)通过改变PS薄膜的分子量研究了界面效应影响PS超薄膜黏弹性的分子量依赖性。本论文研究分子量范围为169kg/mol~2698kg/mol的聚苯乙烯,发现当Mw大于442kg/mol时,相同膜厚的PS薄膜在高苯环含量基底(PTS-4)上的黏度增量随分子量增大而降低。同时,分子量越大,基底苯环含量对相同厚度PS薄膜黏度的影响越弱。主要原因可能是分子量较大的PS分子链在界面处具有较小的堆积密度以及较大的自由体积。当薄膜降至临界厚度以下时,较大的自由体积提高了界面分子运动能力,因而表现出分子量越大界面效应对PS薄膜动力学性质影响越弱的现象。同时,当Mw小于442 kg/mol时,发现界面效应对PS薄膜黏度的影响随分子量增大而增强。表明442kg/mol为界面效应对PS薄膜影响最显著的临界分子量。造成临界分子量两侧界面效应不同分子量依赖性的原因目前还不清楚,仍需后续实验探讨。
【图文】：

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图 1.1 无规行走示意图。数 D 与 Einstein 公式相关联可得：D =κBTξT 是体系的温度。将上式与 Stokes 公式相即 Einstein-Stokes 公式：D =κBT6πηR了可以描述高分子运动的模型，他将高，如图 1.2 所示。整个体系中唯一的相子链的摩擦系数为：ξR= Nξ 整个 Rouse 链的扩散系数为：κT

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运动的扩散系数 D 与 Einstein 公式相关联可得：D =κBTξ兹曼常数，T 是体系的温度。将上式与 Stokes 公式相结合可进一步简化，即 Einstein-Stokes 公式：D =κBT6πηR，Rouse 提出了可以描述高分子运动的模型，，他将高分子链视弹簧连接而成，如图 1.2 所示。整个体系中唯一的相互作用那么单个高分子链的摩擦系数为：ξR= Nξ 1-（1）可得整个 Rouse 链的扩散系数为：DR=κBTNξ
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ325.2;TB383.2

【参考文献】