环氧类玻璃聚合物间的界面扩散动力学研究
发布时间：2021-04-11 23:28
类玻璃聚合物（Vitrimer）是一类具有动态共价键的聚合物交联网络,在自愈合、粘结、可重复加工和适应性等领域具有十分广阔的应用前景。研究其界面扩散动力学对深入理解该类聚合物的粘结及自愈合行为具有重要的理论意义和实用价值。本文通过原子力显微镜纳米力学图谱（AFM-NM）研究环氧Vitrimer间的界面扩散,取得的研究成果如下:（1）通过AFM-NM揭示了 Vitrimer与聚甲基丙烯酸甲酯之间的扩散会在界面处形成过渡区。其组成及微观力学性能介于两聚合物之间,并且呈现一定的梯度。界面扩散过程表现出温度依赖性,符合类Arrhenius定律,但扩散能量势垒高于酯交换反应,扩散过程偏离一级酯交换反应动力学。（2）通过AFM表征金纳米粒子在Vitrimer表面的嵌入速率与退火温度及时间的关系发现:金纳米粒子的嵌入速率随温度的升高而加快,在温度高于Vitrimer网络的拓扑转变温度Tv时,速率有明显的温度依赖性,但其嵌入过程能量势垒偏离一级酯交换反应动力学。
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１．?Ｖｉｔｒｉｍｅｒ通过拓扑重排保持网络的完整性；（ａ）拓扑网络重排示意图；（ｂ）酯交换过程示意??图［丨］??
?第一章绪论???１２?｜?－７１??，？?Ｅｐｏｘｙ－ａｎｈｙｄｒｉｄｅ??，〇?．?Ａ?Ｅｐｏｘｙ－ａｃｉｄ?．．?／?？??４?－??■?ｊｒ?ＰＳ?Ｂ４００??ｆ?．／Ｔ?．?＞?．?ｉ?．?ｉ?Ｉ?ｉ?．??＊＊?０５?０．６?０．７?０．８?０．９?１??Ｖ１??图１－２．不同种类聚合物的粘度与温度的关系［３］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ?ａｎｄ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｐｏｌｙｍｅｒｓ．??Ｖｉｔｒｉｍｅｒ材料的粘弹性行为一般可以由两个转变温度来衡量。一个是常说的ｒｓ，??是聚合物材料由玻璃态经升温后转变成橡胶态时的转变温度，与链段的运动能力和分??子间的作用力有关。另一个是拓扑冻结转变温度，如图１－３所示，用来衡量动态交换??反应的发生。当交换反应的时间尺度小于材料变形的时间尺度时，网络可以重新改变??拓扑结构，使材料发生流动，相当于一个材料从粘弹性固体向粘弹性液体的转变过程，??这一温度被Ｌｅｉｂｌｅｒ命名为拓扑冻结转变温度，即７；，取聚合物粘度达到１０１２Ｐａ‘ｓ时??的温度［１，４］。??（ａ）?Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ?Ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ?（ｂ）?Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔ?Ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ??＾?Ｔｇ＾Ｔｖ?ｉ?ＴＶ?Ｔｇ?＂ｑｕｌｄ??Ｉ?ｉ?｜??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?？?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?？??图Ｕ３．两种不同情况下Ｖｉｔｒｉｍｅｒ的粘弹性行为过程：（ａ）ｒｖ＞ｒｓ，材料经由玻璃态固体，转变为弹??性体，最终成为粘弹性液体，过程遵循Ａｒｒｈｅｎｉｕ
?北京化工大学硕士学位论文???样品的ｒｖ［７，８］。ＡＩＥ分子的聚集使分子的内运动受到限制，从而导致强的荧光发射。??在材料的制备过程中或结束后，掺杂基少量的ＡＩＥ分子，即可得到具有荧光响应的聚??合物。如图１－４所示，温度在ｒｖ以下时，材料内部的ＡＩＥ的分子内运动被限制，因此??ＡＩＥ具有较高的发射频率，荧光强度较高。而温度提高到ｒｖ以上时，网络的重排大大??增加了?ＡＩＥ的分子内运动，使激发态的能量衰减，荧光发射变弱，导致材料的荧光强??｜?度大大降低［９］。?????Ｉ??璧轉；：ｗ?Ｗ?ｓ?ＭＪ?＾?＼?，??ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ?Ｈ＾ｋｆｙ?ｉｎｔｍｒｔｍｉｅｃｕｆｓｒ?Ｈｉｇｈｌｙ??ｍｏｒｏｎｓ?＆ｍｉｓ￥ｉｖｅ?ｍ＜＾ｉｏｎａ?ｅｍｉｓｓｉｖｅ??图１－４．?ＡＩＥ掺杂测定ＶｉｔｒｉｍｅｒＴｖ的示意图［９】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４．?Ｔｈｅ?ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?Ｔｖ?ｂｙ?ＡＩＥ?ｄｏｐｉｎｇ．??（２）形状记忆??由于Ｖｉｔｒｉｍｅｒ网络中具有动态的可逆结构，而可逆结构激活之后可使Ｖｉｔｒｉｍｅｒ成??为可以实现程序化形变的智能材料，我们将具有这种性质的材料称为形状记忆材料，??它们在生物医用、可穿戴电子设备及航空航天等高科技领域表现出极具吸引力的应用??前景［１（Ｍ７］。??材料在变形的过程中一般会表现出两种不同的状态：临时形状和永久形状。在外??加的刺激下，它们可以暂时固定住临时形状，再次外加刺激下会回复到永久形状。最??近，Ｚｈａｏ等人以聚碳酸酯为基体，天然纤维素纸为增强骨架，制备了以Ｖｉｔｒｉｍｅｒ纸复??合材料［
【参考文献】：
期刊论文
[1]PMMA/ASA合金材料在汽车零件中的应用[J]. 陶永亮,黄登懿,陈曦. 上海塑料. 2020(01)
[2]对甲苯磺酸催化制备脂肪酸丁酯工艺研究[J]. 王海东,关昶,郝凤岭,李祥,刘群. 轻工科技. 2020(03)
[3]非共振轻敲模式原子力显微镜的研究[J]. 闫孝姮,孔繁会,邵永健,李鹏. 仪器仪表学报. 2020(02)
[4]轻敲模式原子力显微镜相位、频移特性研究[J]. 刘运鸿,郑骁挺,魏征. 机械设计与制造工程. 2020(02)
[5]原子力显微镜工作原理演示仪[J]. 苏峻,胡建桥. 物理实验. 2019(12)
[6]医用植入材料PMMA骨水泥改性的研究进展[J]. 傅煊健,利春叶,陈扬. 生物骨科材料与临床研究. 2020(06)
[7]液晶显示面板用薄型玻璃导光板国内外研究进展[J]. 张微尘,谭皓纬,李俊杰,田英良. 玻璃. 2019(11)
[8]钨中不同构型的双自间隙原子扩散行为研究[J]. 冉琴,王欢,钟睿,伍建春,邹宇,汪俊. 物理学报. 2019(12)
[9]贯穿式汽车尾灯PMMA灯罩应力与寿命研究[J]. 孔新星,周丹,李虎强,段志纯,叶进平,包长君. 汽车文摘. 2019(06)
[10]塑料光纤在通信技术的应用[J]. 李四红. 山东化工. 2017(20)
博士论文
[1]聚甲基丙烯酸酯的化学改性与光学性能研究[D]. 曲婧.大连理工大学 2017
[2]牙科用PMMA-ZrO2仿生纳米复合材料的设计、制备、性能及应用研究[D]. 李石保.国防科学技术大学 2005
硕士论文
[1]热塑性聚酯/环氧Vitrimer共混物的制备及性能研究[D]. 魏亭亭.北京化工大学 2019
[2]轻敲模式AFM单晶硅针尖磨损机理的分子动力学仿真和实验研究[D]. 张俊岭.燕山大学 2019
[3]量子点与有机聚合物复合电致发光[D]. 刘志民.北京交通大学 2014
[4]ZnO纳米颗粒薄膜与有机聚合物材料复合电致发光研究[D]. 高松.北京交通大学 2014
[5]手机包套用ABS/PMMA材料制备及叠层注塑技术研究[D]. 费谷仁.山东大学 2013
[6]PMMA人工晶状体的等离子体改性研究[D]. 张丽华.陕西师范大学 2008
[7]无机纤维增强PMMA/HA人工颅骨复合材料的研究及应用[D]. 朱晏军.武汉理工大学 2004
本文编号：3132153
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１．?Ｖｉｔｒｉｍｅｒ通过拓扑重排保持网络的完整性；（ａ）拓扑网络重排示意图；（ｂ）酯交换过程示意??图［丨］??
?第一章绪论???１２?｜?－７１??，？?Ｅｐｏｘｙ－ａｎｈｙｄｒｉｄｅ??，〇?．?Ａ?Ｅｐｏｘｙ－ａｃｉｄ?．．?／?？??４?－??■?ｊｒ?ＰＳ?Ｂ４００??ｆ?．／Ｔ?．?＞?．?ｉ?．?ｉ?Ｉ?ｉ?．??＊＊?０５?０．６?０．７?０．８?０．９?１??Ｖ１??图１－２．不同种类聚合物的粘度与温度的关系［３］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ?ａｎｄ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｐｏｌｙｍｅｒｓ．??Ｖｉｔｒｉｍｅｒ材料的粘弹性行为一般可以由两个转变温度来衡量。一个是常说的ｒｓ，??是聚合物材料由玻璃态经升温后转变成橡胶态时的转变温度，与链段的运动能力和分??子间的作用力有关。另一个是拓扑冻结转变温度，如图１－３所示，用来衡量动态交换??反应的发生。当交换反应的时间尺度小于材料变形的时间尺度时，网络可以重新改变??拓扑结构，使材料发生流动，相当于一个材料从粘弹性固体向粘弹性液体的转变过程，??这一温度被Ｌｅｉｂｌｅｒ命名为拓扑冻结转变温度，即７；，取聚合物粘度达到１０１２Ｐａ‘ｓ时??的温度［１，４］。??（ａ）?Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ?Ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ?（ｂ）?Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔ?Ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ??＾?Ｔｇ＾Ｔｖ?ｉ?ＴＶ?Ｔｇ?＂ｑｕｌｄ??Ｉ?ｉ?｜??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?？?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?？??图Ｕ３．两种不同情况下Ｖｉｔｒｉｍｅｒ的粘弹性行为过程：（ａ）ｒｖ＞ｒｓ，材料经由玻璃态固体，转变为弹??性体，最终成为粘弹性液体，过程遵循Ａｒｒｈｅｎｉｕ
?北京化工大学硕士学位论文???样品的ｒｖ［７，８］。ＡＩＥ分子的聚集使分子的内运动受到限制，从而导致强的荧光发射。??在材料的制备过程中或结束后，掺杂基少量的ＡＩＥ分子，即可得到具有荧光响应的聚??合物。如图１－４所示，温度在ｒｖ以下时，材料内部的ＡＩＥ的分子内运动被限制，因此??ＡＩＥ具有较高的发射频率，荧光强度较高。而温度提高到ｒｖ以上时，网络的重排大大??增加了?ＡＩＥ的分子内运动，使激发态的能量衰减，荧光发射变弱，导致材料的荧光强??｜?度大大降低［９］。?????Ｉ??璧轉；：ｗ?Ｗ?ｓ?ＭＪ?＾?＼?，??ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ?Ｈ＾ｋｆｙ?ｉｎｔｍｒｔｍｉｅｃｕｆｓｒ?Ｈｉｇｈｌｙ??ｍｏｒｏｎｓ?＆ｍｉｓ￥ｉｖｅ?ｍ＜＾ｉｏｎａ?ｅｍｉｓｓｉｖｅ??图１－４．?ＡＩＥ掺杂测定ＶｉｔｒｉｍｅｒＴｖ的示意图［９】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４．?Ｔｈｅ?ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?Ｔｖ?ｂｙ?ＡＩＥ?ｄｏｐｉｎｇ．??（２）形状记忆??由于Ｖｉｔｒｉｍｅｒ网络中具有动态的可逆结构，而可逆结构激活之后可使Ｖｉｔｒｉｍｅｒ成??为可以实现程序化形变的智能材料，我们将具有这种性质的材料称为形状记忆材料，??它们在生物医用、可穿戴电子设备及航空航天等高科技领域表现出极具吸引力的应用??前景［１（Ｍ７］。??材料在变形的过程中一般会表现出两种不同的状态：临时形状和永久形状。在外??加的刺激下，它们可以暂时固定住临时形状，再次外加刺激下会回复到永久形状。最??近，Ｚｈａｏ等人以聚碳酸酯为基体，天然纤维素纸为增强骨架，制备了以Ｖｉｔｒｉｍｅｒ纸复??合材料［
【参考文献】：
期刊论文
[1]PMMA/ASA合金材料在汽车零件中的应用[J]. 陶永亮,黄登懿,陈曦. 上海塑料. 2020(01)
[2]对甲苯磺酸催化制备脂肪酸丁酯工艺研究[J]. 王海东,关昶,郝凤岭,李祥,刘群. 轻工科技. 2020(03)
[3]非共振轻敲模式原子力显微镜的研究[J]. 闫孝姮,孔繁会,邵永健,李鹏. 仪器仪表学报. 2020(02)
[4]轻敲模式原子力显微镜相位、频移特性研究[J]. 刘运鸿,郑骁挺,魏征. 机械设计与制造工程. 2020(02)
[5]原子力显微镜工作原理演示仪[J]. 苏峻,胡建桥. 物理实验. 2019(12)
[6]医用植入材料PMMA骨水泥改性的研究进展[J]. 傅煊健,利春叶,陈扬. 生物骨科材料与临床研究. 2020(06)
[7]液晶显示面板用薄型玻璃导光板国内外研究进展[J]. 张微尘,谭皓纬,李俊杰,田英良. 玻璃. 2019(11)
[8]钨中不同构型的双自间隙原子扩散行为研究[J]. 冉琴,王欢,钟睿,伍建春,邹宇,汪俊. 物理学报. 2019(12)
[9]贯穿式汽车尾灯PMMA灯罩应力与寿命研究[J]. 孔新星,周丹,李虎强,段志纯,叶进平,包长君. 汽车文摘. 2019(06)
[10]塑料光纤在通信技术的应用[J]. 李四红. 山东化工. 2017(20)
博士论文
[1]聚甲基丙烯酸酯的化学改性与光学性能研究[D]. 曲婧.大连理工大学 2017
[2]牙科用PMMA-ZrO2仿生纳米复合材料的设计、制备、性能及应用研究[D]. 李石保.国防科学技术大学 2005
硕士论文
[1]热塑性聚酯/环氧Vitrimer共混物的制备及性能研究[D]. 魏亭亭.北京化工大学 2019
[2]轻敲模式AFM单晶硅针尖磨损机理的分子动力学仿真和实验研究[D]. 张俊岭.燕山大学 2019
[3]量子点与有机聚合物复合电致发光[D]. 刘志民.北京交通大学 2014
[4]ZnO纳米颗粒薄膜与有机聚合物材料复合电致发光研究[D]. 高松.北京交通大学 2014
[5]手机包套用ABS/PMMA材料制备及叠层注塑技术研究[D]. 费谷仁.山东大学 2013
[6]PMMA人工晶状体的等离子体改性研究[D]. 张丽华.陕西师范大学 2008
[7]无机纤维增强PMMA/HA人工颅骨复合材料的研究及应用[D]. 朱晏军.武汉理工大学 2004
本文编号：3132153
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