嵌段共聚物链结构不对称性对其调控共混体系相结构行为的影响
本文关键词:产品工程学——化学反应工程的新拓展,由笔耕文化传播整理发布。
《浙江大学》 2011年
嵌段共聚物链结构不对称性对其调控共混体系相结构行为的影响
濮公伟
【摘要】:亚微米尺度的双连续结构聚合物复合材料因其独特的结构和性能,具有广阔的应用前景。近年来,具有双连续结构的聚合物复合材料的制备与应用逐渐成为研究热点。目前,已有一些制备双连续结构聚合物复合体系的方法。其中,熔融共混两元不相容聚合物是最简单、最容易实现工业放大的制备方法。这种方法下为了降低稀相相畴尺寸到亚微米尺度需要加入共聚物作为相相容剂,但是相相容剂的加入会增大出现双连续结构时稀相的最低浓度、缩小共混体系双连续结构组成窗口。 本论文类比小分子乳液体系,提出在相相容剂的共聚物的链结构上引入不对称性的思路,成功解决了上述困难,实现了同时做到降低稀相相畴尺寸、降低出现双连续结构时稀相的最低浓度、扩大共混体系双连续结构组成窗口。此方法可以简单、快速、经济、可靠的制备亚微米尺度的双连续结构聚合物共混体系,为进一步开发以双连续结构共混物为基础的先进材料提供方便。 本论文主要内容如下: (1)以PS(聚苯乙烯)/PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)为模型共混体系,利用RAFT活性/可控自由基聚合技术合成了一系列对称度不同的PS-PMMA嵌段共聚物,系统研究了嵌段共聚物相相容剂链结构的不对称性对共混物相形态的影响。特别是发现,当不对称嵌段共聚物体积较大的链段位于稀相(分散相)时,不对称嵌段共聚物的加入可以使原本海岛结构的共混物转变为双连续结构。我们认为嵌段共聚物不对称性调控聚合物-聚合物共混体系相形态形成双连续结构共混物的机理是:由于界面共聚物分子层的弯曲能与界面张力的平衡,导致了稀相纤维不再发生毛细管破裂,进而稀相纤维的堆积形成了双连续相结构。据此机理制备双连续结构共混物时,有三点要求:一是共聚物乳化剂分子链结构是不对称的,是其自然曲率的取向是向浓相弯曲(体积较大的嵌段位于稀相),三是共聚物乳化剂分子在界面密堆积。 (2)研究了嵌段共聚物不对称性对共混体系双连续结构组成窗口的影响。不对称嵌段共聚物乳化剂不仅可以扩大共混体系的双连续结构组成窗口,还可以降低共混体系形成双连续结构的初始稀相浓度。嵌段共聚物的不对称性越大.这样的效果越显著。对于PS/PMMA体系,不加入相相容剂时双连续结构组成窗口为PS/PMMA=45/55-50/50;加入对称嵌段共聚物(PMMA110-b-PS110)缩小了体系的双连续结构组成窗口;加入不对称嵌段共聚物(PMMA110-b-PS433)扩大了体系的双连续结构组成窗口至(?)PS/PMMA=20/80~30/70;加入不对称性更大的嵌段共聚物(P(S-r-MMA)22o-b-PS32o)更加扩大了体系的双连续结构组成窗口到PS/PMMA=10/90-30/70。 (3)研究了共混条件对共混体系相形态的影响。发现共混时间、共混剪切强度、共混加料策略均不影响共混物相结构,只是影响共混物的特征尺寸。 (4)通过比较双连续结构共混物的退火粗化速率,研究了不对称嵌段共聚物的序列结构对其界面活性的影响。相同分子量和单体组成下,纯两嵌段共聚物(PMMA110-b-PS433)界面活性最高,带有线性梯度嵌段的复合嵌段共聚物(P(S-g-MMA)202-b-PS344)次之,带有无规共聚嵌段的复合嵌段共聚物(P(S-r-MMA)220-b-PS32o)界面活性最低。通过静态热处理的方法可以方便的在0.1μm到约5μm的尺度上调控双连续结构的特征尺寸。 (5)通过比较双连续结构共混物的拉伸力学性能,研究了不对称嵌段共聚物的序列结构对其界面增强效果的影响。相同分子量和单体组成下,带有线性梯度嵌段的复合嵌段共聚物(P(S-g-MMA)202-b-PS344)对PS/PMMA相界面增强效果最佳,带有无规共聚嵌段的复合嵌段共聚物(P(S-r-MMA)22o-b-PS32o)次之,纯两嵌段共聚物(PMMA110-b-PS433)再次之。
【关键词】:
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O631.3
【目录】:
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,本文编号:206395
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