苯乙烯—异戊二烯（或丁二烯）嵌段共聚物表面结构的形成及其影响因素

论文摘要

聚合物的表面性能是由其表面结构决定的。要达到对聚合物表面结构进行设计与控制的目的,则必须对表面层分子的化学物理性质,表面层的聚集态结构及表面结构的形成等进行充分研究。苯乙烯-异戊二烯（或丁二烯）嵌段共聚物是热塑性弹性体,作为粘合剂和密封材料在日常生活中有广泛应用。由于它们各嵌段元素组成相同且技术手段的限制,目前有关它们表面化学组成的报道很少且已报道的有关它们表面化学组成的分析深度也大于几个分子层的水平。本论文利用具有准单分子层界面敏感性与获取丰富的界面分子结构信息及原位研究能力的和频振动光谱（SFG,sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy）技术为主要研究手段,结合其他表征手段研究成膜条件对苯乙烯-异戊二烯（或丁二烯）嵌段共聚物表面结构的形成的影响,并研究所形成的表面结构与固化过程、聚合物溶液性质之间的关系。得到以下结论:（1）成膜溶液浓度明显影响SB、SBS浇铸膜表面结构和性质。1% w/v浓度时,浇铸膜表面具有较高的PB含量,二嵌段SB浇铸膜表面基本为低表面能的PB段覆盖。随着浓度的增加,浇铸膜表面PS含量逐渐增加。浇铸成膜固化过程是从溶液无序到固态相对有序的自组装过程,最终形成的表面结构要受聚合物在溶液中聚集状态和链段活性的影响。低浓度时,聚合物链相对舒展,且甲苯溶剂分子在表面存在的时间较长,PB可能具有相对较高的迁移速率和较长的迁移时间,因而表面具有更高的PB富集度,甚至完全由PB段覆盖。（2）与浇铸成膜不同,苯乙烯/丁二烯嵌段共聚物旋涂膜表面存在高含量的PS且基本不受成膜溶液浓度的影响。旋涂成膜的过程是溶剂快速挥发的快速固化过程,不存在低表面能组分向表面的离析。甲苯蒸汽处理可使PB段向表面迁移,处理一定时间后旋涂膜和高浓度浇铸膜表面都能达到由一层纯的PB覆盖的结构。（3）研究链结构、成膜溶剂对苯乙烯/丁二烯嵌段共聚物表面结构形成的影响发现,二嵌段共聚物SB比三嵌段共聚物SBS有利于PB组分在表面富集。同时发现对于二嵌段共聚物SB只有在PB的选择性溶剂环己烷成膜时,其表面层化学结构才为是纯的PB组分。三嵌段共聚物SBS无论是PB的选择性溶剂环己烷还是PS的选择性溶剂甲苯成膜,三嵌段共聚物SBS的最表面层化学结构,都是由PB与PS组分共存。（4）利用轴称滴形分析法（ADSA-P,Axisymmetric Drop Shape Analysis-Profile）和原子力显微镜技术（AFM,Atomic Force Microscope）研究不同SIS膜表面水的前进接触角测量过程中三相线处stick-slip现象与表面粘弹性关系时发现,在一定的表面能范围内,stick-slip突变过程中水接触角的差值Δθ与膜表面F-D曲线逼近部分斜率呈线性关系。说明SIS膜表面的stick-slip现象主要是由于其表面的粘弹性引起的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 链结构对嵌段共聚物膜表面结构形成的影响
• 1.2 成膜条件对嵌段共聚物表面结构形成的影响
• 1.2.1 成膜方式对嵌段共聚物表面结构形成的影响
• 1.2.2 成膜溶剂对嵌段共聚物表面结构形成的影响
• 1.2.3 溶液浓度对嵌段共聚物表面结构形成的影响
• 1.2.4 基底对嵌段共聚物表面结构形成的影响
• 1.3 后处理对嵌段共聚物表面结构形成的影响
• 1.3.1 热处理对嵌段共聚物表面结构形成的影响
• 1.3.2 溶剂蒸汽处理对嵌段共聚物表面结构形成的影响
• 1.4 高分子表面结构与性质的表征
• 1.4.1 接触角测试技术
• 1.4.2 原子力显微镜测试技术
• 1.4.3 和频振动光谱测试技术
• 1.5 苯乙烯-异戊二烯（或丁二烯）嵌段共聚物表面结构研究现状
• 1.6 立题意义
• 第二章 成膜条件对苯乙烯/丁二烯共聚物表面结构形成的影响
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验材料与试剂
• 2.1.2 样品的制备
• 2.1.3 聚合物表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 浓度和固化方式对SB、SBS 膜表面结构与性质的影响
• 2.2.2 SB、SBS 浇铸膜表面结构形成机理研究
• 2.2.3 甲苯蒸汽处理对不同SB、SBS 膜表面结构的影响
• 2 3 结论
• 第三章 链结构对苯乙烯/丁二烯共聚物表面结构形成的影响
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验材料与试剂
• 3.1.2 样品制备
• 3.1.3 聚合物表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同嵌段结构苯乙烯/丁二烯共聚物的表面润湿行为
• 3.2.2 不同嵌段结构苯乙烯/丁二烯共聚物的表面结构
• 3.3 结论
• 第四章 SIS 膜表面结构与stick-slip 现象的关系研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验材料与试剂
• 4.1.2 PI 结构以3,4-和1,2-为主SIS 的合成
• 4.1.3 样品制备
• 4.1.4 聚合物表征
• 4.2 结果分析讨论
• 4.2.1 PI 结构以3,4-和1,2-为主不同PS 含量SIS 的合成与表征
• 4.2.2 SIS 膜表面水的前进接触角测量过程中的stick-slip 现象
• 4.2.3 不同SIS 膜表面结构
• 4.2.4 stick-slip 现象形成机理研究
• 4.3 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢