单颗胶束核/壳分子链松弛行为的研究
发布时间：2022-01-05 07:45
随着纳米技术的发展,三维受限聚合物在纳米材料领域将被广泛的应用。分子运动行为决定聚合物材料的物理性能。研究三维受限聚合物体系的分子动力学,对于先进聚合物材料的开发和新兴纳米技术的发展具有重要意义。聚合物球形胶束是一类具有核壳结构、粒径在10100 nm范围的分子组装体。通过调控其形成条件,可以制备不同尺寸、不同密度的胶束,为三维受限聚合物分子动力学行为提供了新的研究体系。本文以聚苯乙烯-b-聚丙烯酸（PS-b-PAA）、聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚丙烯酸（PMMA-b-PAA）球形胶束为模型,利用原子力显微镜（AFM）原位观察单颗胶束高度随温度的变化过程,研究了胶束核密度、构成核部分聚合物分子量以及胶束壳厚度等对胶束核/壳分子链松弛行为的影响。主要研究结果如下:（1）随着温度升高,PS-b-PAA胶束的高度降低。然而胶束高度随温度变化呈现两次快速降低过程,其温度区间分别为5075℃和99103℃。利用AFM对升温过程中单颗胶束的力学性能进行研究,结果表明胶束高度第一次开始下降的温度为胶束壳PAA分子链的链段松弛温度(T
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同受限维度的聚合物受限体系示意图
浙江理工大学硕士学位论文 单颗胶束核/壳分子链松弛行为的研究（图 1.2（a））。Ding 等[39]利用 DSC 研究了冷冻干燥法（freezing-drying）得到具有一定粒径分布（60-200 nm）的 PS 微球粉末的玻璃化转变行为，发现 PS 微球的 Tg小于本体值。Sasaki 等[40]利用 DSC 研究了悬浮在水中的 PS 纳米球（直径为 42-548 nm）的玻璃化转变行为。发现 PS 纳米球的热容差（ Cp）具有尺寸依赖性，随着粒径的减小而降低，即 PS 纳米球的分子链段松弛越快。Zhang 等[41]利用调制差示扫描量热仪（MDSC）研究了悬浮在水中的直径为 90-450 nm 的 PS纳米球的玻璃化转变行为(图 1.2（b）)。发现所有尺寸下 PS 纳米球的玻璃化转变温度均低于本体值，当纳米球的尺寸小于 200 nm 后，纳米球的玻璃化转变温度随着尺寸的减小而减小。而在 PS 纳米球表面包覆一层硬壳（SiO2）后，PS 纳米球的 Tg恢复到本体值不变，且与球的尺寸无关。
图 1.3 （a）水分散体系中 PS 纳米球的玻璃化转变温度（Tg）与纳米球粒径的关系。（b）三种不同表面活性剂制备的 PS 纳米球的 Tg偏离本体的机制示意图（图中 a、b、c 分别对应无表面活性剂乳化、非离子表面活性剂乳化以及阴离子表面活性剂乳化的 PS 纳米球）。聚合物纳米球的 Tg具有尺寸依赖性行为是界面效应导致的结果。聚合物纳米球与水（或空气）的界面处分子链运动能力比本体强，随着颗粒尺寸的减小，界面区域体积分数增大，界面效应更加明显，使得纳米球的热容差（ Cp）或 Tg降低。当涂覆一层硬壳（SiO2）后，纳米球与水的界面消失，PS 纳米球的 Tg恢复本体值不变（图 1.2（b））。不同表面活性剂乳化的 PS 纳米球表面形成不同运动能力的界面层，使得三种纳米球的 Tg表现不同的尺寸依赖性行为（图 1.3（a））。无表面活性剂乳化的 PS 纳米球与水界面处 PS 分子运动能力强于本体，从而使得整个 PS 纳米球分子链的运动能力增强；油醚聚氧乙烯会嵌入到纳米球表面层，部分限制了界面层分子运动，使得非离子表面活性剂（油醚聚氧乙烯）乳化的
本文编号：3570039
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同受限维度的聚合物受限体系示意图
浙江理工大学硕士学位论文 单颗胶束核/壳分子链松弛行为的研究（图 1.2（a））。Ding 等[39]利用 DSC 研究了冷冻干燥法（freezing-drying）得到具有一定粒径分布（60-200 nm）的 PS 微球粉末的玻璃化转变行为，发现 PS 微球的 Tg小于本体值。Sasaki 等[40]利用 DSC 研究了悬浮在水中的 PS 纳米球（直径为 42-548 nm）的玻璃化转变行为。发现 PS 纳米球的热容差（ Cp）具有尺寸依赖性，随着粒径的减小而降低，即 PS 纳米球的分子链段松弛越快。Zhang 等[41]利用调制差示扫描量热仪（MDSC）研究了悬浮在水中的直径为 90-450 nm 的 PS纳米球的玻璃化转变行为(图 1.2（b）)。发现所有尺寸下 PS 纳米球的玻璃化转变温度均低于本体值，当纳米球的尺寸小于 200 nm 后，纳米球的玻璃化转变温度随着尺寸的减小而减小。而在 PS 纳米球表面包覆一层硬壳（SiO2）后，PS 纳米球的 Tg恢复到本体值不变，且与球的尺寸无关。
图 1.3 （a）水分散体系中 PS 纳米球的玻璃化转变温度（Tg）与纳米球粒径的关系。（b）三种不同表面活性剂制备的 PS 纳米球的 Tg偏离本体的机制示意图（图中 a、b、c 分别对应无表面活性剂乳化、非离子表面活性剂乳化以及阴离子表面活性剂乳化的 PS 纳米球）。聚合物纳米球的 Tg具有尺寸依赖性行为是界面效应导致的结果。聚合物纳米球与水（或空气）的界面处分子链运动能力比本体强，随着颗粒尺寸的减小，界面区域体积分数增大，界面效应更加明显，使得纳米球的热容差（ Cp）或 Tg降低。当涂覆一层硬壳（SiO2）后，纳米球与水的界面消失，PS 纳米球的 Tg恢复本体值不变（图 1.2（b））。不同表面活性剂乳化的 PS 纳米球表面形成不同运动能力的界面层，使得三种纳米球的 Tg表现不同的尺寸依赖性行为（图 1.3（a））。无表面活性剂乳化的 PS 纳米球与水界面处 PS 分子运动能力强于本体，从而使得整个 PS 纳米球分子链的运动能力增强；油醚聚氧乙烯会嵌入到纳米球表面层，部分限制了界面层分子运动，使得非离子表面活性剂（油醚聚氧乙烯）乳化的
本文编号：3570039
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