發(fā)布時間：2017-07-07 02:01

  本文關(guān)鍵詞：高分子共混體系薄膜穩(wěn)定性及其受限結(jié)晶行為研究

  更多相關(guān)文章： 高分子共混 薄膜 去潤濕 相分離 結(jié)晶 原子力顯微鏡

【摘要】：隨著高分子共混薄膜的廣泛應(yīng)用,人們對其性能提出了越來越苛刻的要求。在高分子共混薄膜中,存在高分子共混物和薄膜兩個方面的屬性。一方面,作為薄膜,存在穩(wěn)定性問題；另一方面,作為高分子共混物,存在相容性以及相分離行為。此外,當(dāng)共混物中含結(jié)晶性組分時,還會存在結(jié)晶行為。共混薄膜中多種相行為的相互競爭、相互影響一方面給其結(jié)構(gòu)與性能調(diào)控提供廣闊空間,另一方面也對深入理解復(fù)雜相行為及其耦合機制帶來了巨大挑戰(zhàn)。鑒于此,本論文從無定形高分子共混(聚甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯丙烯腈無規(guī)共聚物(PMMA/SAN))薄膜入手,利用原子力顯微鏡(AFM)等實驗手段,系統(tǒng)考察了其穩(wěn)定性以及與相分離的耦合行為；建立了“以相容性組分調(diào)控薄膜穩(wěn)定性”的策略,為組成漲落誘導(dǎo)去潤濕機理提供了直接證據(jù),并以雙層膜體系為例闡明了溶劑選擇性對高分子薄膜穩(wěn)定性的影響規(guī)律；在此基礎(chǔ)上,以環(huán)帶球晶為例,研究了含結(jié)晶性高分子共混(聚乳酸/聚甲醛(PLLA/POM))薄膜中結(jié)晶、相分離、潤濕/去潤濕行為,建立了“定點刻蝕”和“結(jié)構(gòu)重構(gòu)”方法,并據(jù)此闡明了薄膜厚度、等溫結(jié)晶溫度以及共混組成等因素對上述復(fù)雜相行為耦合機制的影響規(guī)律。具體闡述如下：1.微量相容性第二組分對PMMA (SAN)超薄膜穩(wěn)定性影響：通過向純PMMA(或SAN)中添加極少量SAN(或PMMA)的方式,獲得相容性共混薄膜,并將之在相容區(qū)退火以研究其穩(wěn)定性。所得結(jié)果表明,純PMMA和純SAN薄膜在硅基底上表現(xiàn)出良好的潤濕性；而加入極少量SAN的PMMA薄膜表面出現(xiàn)微小起伏,但薄膜整體保持穩(wěn)定；加入極少量PMMA的SAN薄膜發(fā)生了“孔洞擴張”方式的去潤濕；其機理為：相容性組分的加入導(dǎo)致其在薄膜厚度方向出現(xiàn)組成梯度,進(jìn)而存在發(fā)生“組成漲落去潤濕”的趨勢；當(dāng)PMMA含量較高時,PMMA與基底良好的親和性抑制了上述去潤濕趨勢；當(dāng)SAN含量較高時,SAN與基底較差的親和性加速了上述去潤濕；因此,此部分工作為“組成漲落去潤濕”提供了直接證據(jù),并為高分子薄膜穩(wěn)定性調(diào)控提供了一種有效策略；2. PMMA/SAN雙層薄膜穩(wěn)定性及其結(jié)構(gòu)形成動力學(xué)研究：通過依次旋涂方法制備了SAN在下PMMA在上的雙層薄膜,系統(tǒng)考察了溶劑氛圍下的薄膜穩(wěn)定性。結(jié)果表明,溶劑退火所得結(jié)構(gòu)在很大程度上依賴于溶劑的選擇性。在PMMA的選擇性溶劑乙酸(HAc)作用下,下層SAN保持穩(wěn)定,而上層PMMA以SAN為基底發(fā)生去潤濕；在SAN的選擇性溶劑鄰二氯苯(OBD)作用下,由于溶劑分子無法透過PMMA層,故雙層膜在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定；而在二甲基甲酰胺(DMF, PMMA和SAN均可溶解,但后者溶解性遠(yuǎn)優(yōu)于前者)氛圍中,溶劑分子通過溶脹作用穿透PMMA層,進(jìn)而導(dǎo)致下層SAN發(fā)生去潤濕,且SAN的運動帶動上層PMMA,最終形成PMMA層覆蓋SAN“液滴”的結(jié)構(gòu)；該工作以雙層膜體系為例,闡明了溶劑作用對薄膜穩(wěn)定性的影響規(guī)律；3. PLLA/POM共混薄膜準(zhǔn)環(huán)帶球晶及其厚度依賴性研究：針對以混合溶液旋涂方式制備的PLLA/POM共混薄膜,建立了“定點刻蝕”與“結(jié)構(gòu)重構(gòu)”方法以研究薄膜厚度方向的組成分布,以此明確了受限情況下高分子共混薄膜的垂直相分離行為及其導(dǎo)致的"PLLA富集層-PLLA/POM共混層-POM富集層”三層結(jié)構(gòu),以熔融態(tài)接觸角方式闡明了上述結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的原因：即POM與氧化硅基底之間更好的浸潤性；以電子衍射等方法明晰了受限情況下準(zhǔn)環(huán)帶球晶的形成機制：即片晶連續(xù)扭曲；并通過薄膜厚度實現(xiàn)了對環(huán)帶球晶受限程度的調(diào)控,明確了受限程度與片晶扭轉(zhuǎn)之間的協(xié)同作用：高分子片晶發(fā)生扭曲所需空間強烈依賴于薄膜厚度；4. PLLA/POM共混薄膜準(zhǔn)環(huán)帶球晶溫度及組成依賴性研究：通過等溫結(jié)晶溫度和高分子共混薄膜組成兩個因素的調(diào)控,系統(tǒng)研究了準(zhǔn)環(huán)帶球晶結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨著等溫結(jié)晶溫度的提高,晶體發(fā)展趨于完善,片晶扭曲更加緩慢,因此,準(zhǔn)環(huán)帶球晶環(huán)帶周期得以顯著提高,對旋轉(zhuǎn)半徑影響不大；而共混組成中PLLA比例的增加帶來兩方面的影響：一方面,更多未結(jié)晶PLLA穿插于POM片晶之間,減緩了不對稱應(yīng)力差,進(jìn)而拉大了環(huán)帶周期；另一方面,POM相對含量的降低,導(dǎo)致三層結(jié)構(gòu)中PLLA/POM混合層以及POM層厚度下降,進(jìn)而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)半徑減��；以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ),實現(xiàn)了對準(zhǔn)環(huán)帶球晶結(jié)構(gòu)的有效控制。
【關(guān)鍵詞】：高分子共混 薄膜 去潤濕 相分離 結(jié)晶 原子力顯微鏡
【學(xué)位授予單位】：杭州師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ317;TB383.2
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 緒論15-31
• 1.1 引言15
• 1.2 無定形高分子共混薄膜的相行為15-22
• 1.2.1 無定形高分子共混薄膜的相分離行為15-17
• 1.2.2 單一組分無定形高分子薄膜的去潤濕行為17-20
• 1.2.3 相分離與去潤濕的耦合20-22
• 1.3 結(jié)晶性高分子的相行為22-28
• 1.3.1 結(jié)晶性高分子的結(jié)晶形態(tài)22-23
• 1.3.2 高分子環(huán)帶球晶23-27
• 1.3.3 結(jié)晶和相分離的耦合與結(jié)晶和相分離、去潤濕的耦合27-28
• 1.4 本論文的研究思路28-31
• 1.4.1 立題依據(jù)28-29
• 1.4.2 研究內(nèi)容29-31
• 第二章 微量相容性第二組分對PMMA(SAN)超薄膜穩(wěn)定性影響31-41
• 2.1 引言31-32
• 2.2 實驗部分32-33
• 2.2.1 材料、試劑與儀器設(shè)備32
• 2.2.2 薄膜制備32-33
• 2.2.3 實驗過程33
• 2.3 結(jié)果與討論33-40
• 2.3.1 溫度誘導(dǎo)下PMMA/SAN共混薄膜的相容性33
• 2.3.2 溫度誘導(dǎo)下PMMA/SAN共混薄膜的去潤濕行為33-37
• 2.3.3 溫度誘導(dǎo)下PMMA/SAN共混薄膜去潤濕動力學(xué)37-38
• 2.3.4 溫度誘導(dǎo)下PMMA/SAN共混薄膜去潤濕的機理38-39
• 2.3.5 溫度誘導(dǎo)下PMMA/SAN共混薄膜去潤濕的途徑39-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第三章 PMMA/SAN雙層薄膜的穩(wěn)定性及其結(jié)構(gòu)形成動力學(xué)研究41-49
• 3.1 引言41
• 3.2 實驗部分41-43
• 3.2.1 材料、試劑與儀器設(shè)備41-42
• 3.2.2 薄膜制備42-43
• 3.2.3 實驗過程43
• 3.3 結(jié)果與討論43-47
• 3.3.1 PMMA選擇溶劑誘導(dǎo)下雙層膜的去潤濕行為43-45
• 3.3.2 SAN選擇溶劑誘導(dǎo)下雙層膜的去潤濕行為45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第四章 PLLA/POM共混薄膜準(zhǔn)環(huán)帶球晶及其厚度依賴性研究49-63
• 4.1 引言49-50
• 4.2 實驗部分50-51
• 4.2.1 材料、試劑與儀器設(shè)備50-51
• 4.2.2 薄膜制備51
• 4.2.3 實驗過程51
• 4.3 結(jié)果與討論51-61
• 4.3.1 PLLA/POM共混薄膜準(zhǔn)環(huán)帶球晶51-57
• 4.3.2 PLLA/POM共混薄膜準(zhǔn)環(huán)帶球晶對厚度的依賴性57-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 第五章 PLLA/POM共混薄膜準(zhǔn)環(huán)帶球晶結(jié)晶溫度及組成依賴性研究63-73
• 5.1 引言63
• 5.2 實驗部分63-65
• 5.2.1 材料、試劑與儀器設(shè)備63-64
• 5.2.2 薄膜制備64
• 5.2.3 實驗過程64-65
• 5.3 結(jié)果與討論65-71
• 5.3.1 PLLA/POM共混薄膜準(zhǔn)環(huán)帶球晶及其對溫度的依賴性65-68
• 5.3.2 PLLA/POM共混薄膜準(zhǔn)環(huán)帶球晶及其對組成的依賴性68-71
• 5.4 本章小結(jié)71-73
• 第六章 結(jié)論73-75
• 參考文獻(xiàn)75-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要科研成果89

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