运用自洽场理论研究多组分高分子共混物及高分子共混刷体系的微相分离形态

论文摘要

采用自洽场理论（self-consistent field theory, SCFT）研究了高分子共混刷（mixed homopolymer brushes）体系和高抗冲聚丙烯（HIPP）体系的微相分离形态。首先研究了均聚物A/均聚物B/两嵌段共聚物A-b-B/交替共聚物（A-b-B）4四元共混体系的相分离形态,用于模拟高抗冲聚丙烯（HIPP）体系相分离形成的多层核壳结构。重点讨论了各种组分的链长和含量对体系形成各种多层核壳结构的影响。结果表明,这一体系可以形成PE分散在EPR中,EPR分散在PP基体中,并且嵌段共聚物PP-b-PE分散在EPR和PP界面上的多层核壳结构。这种结构对提高聚丙烯体系的抗冲性能有至关重要的影响。目前对高分子刷的研究大多集中在研究平板高分子共混刷,然而当基板曲率半径和高分子尺寸相当时,基板几何性质对高分子共混刷体系相分离会产生重大影响。运用SCFT研究这种体系难点在于如何处理接枝点出数值的不连续和不稳定性。我们采用所谓的"masking"方法,即采用“空穴”函数来描述有一定厚度的硬壁,研究了当微球尺寸和高分子尺寸相当时,高分子共混刷体系在纳米微球上的相分离行为。通过计算,我们得到了一系列海岛数目从2到12（但不包含11）而且高度对称的海岛结构。我们重点考察了链长、接枝密度、曲率等各种因素对海岛结构的影响。结果发现增加接枝密度比会增加海岛数目,但过高的接枝密度比会导致特殊的层状结构出现；总接枝密度对海岛结构的影响不大。改变链长会导致体系由层转变为海岛结构再到层的转变；增加曲率会减少海岛的数目,同时降低刷子的高度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 多相多组分高分子共混体系的相分离形态
• 1.3 高分子共混刷体系
• 1.3.1 高分子刷
• 1.3.2 高分子共混刷
• 1.4 理论模拟的意义
• 1.5 本论文研究的内容及意义
• 第二章 理论背景
• 2.1 引言
• 2.2 高分子链的路径积分描述
• 2.3 多链高分子体系的场论描述
• 2.4 平均场近似（鞍点近似）
• 2.5 自洽平均场理论的数值求解方法
• 2.5.1 Matsen和Schick的谱方法
• 2.5.2 Drolet-Fredrickson的实空间方法
• 2.5.3 伪谱方法（Pseudospectral method）
• 2.6 球面上的自洽场数值求解
• 2.6.1 有限差分算法（finite differential algorithm）
• 2.6.2 实空间有限体积法（real-space finite volume algorithm）
• 2.6.3 基于球谐函数展开的算法（spherical harmonic method）
• 第三章 高抗冲聚丙烯（HIPP）多层核壳结构的研究
• 3.1 前言
• 3.2 理论模型
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 PE内核的形成
• 3.3.2 嵌段共聚物PP-b-PE在多层核壳结构中的浓度分布
• 3.4 总结
• 第四章 平板上的高分子共混刷
• 4.1 前言
• 4.1.1 高分子共混刷合成技术
• 4.1.2 高分子共混刷体系的应用前景
• 4.1.3 平板上的高分子共混刷体系相行为的影响因素
• 4.2 理论模型
• 4.3 结果与讨论
• 第五章 纳米微球表面接枝的高分子共混刷
• 5.1 前言
• 5.1.1 曲面上的高分子刷
• 5.1.2 曲面上的高分子共混刷
• 5.2 理论模型
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 球面上的高分子共混刷相分离形态
• 5.3.2 对称链长的高分子共混刷
• 5.3.3 非对称链长下的高分子共混刷
• 5.3.4 曲率对高分子共混刷的影响
• 5.3.5 圆柱上的高分子共混刷
• 5.4 结论
• 5.5 晶体结构和对称性
• 5.5.1. 多面体类型
• 5.5.2. 实验中观察到若干数目的胶体粒子堆积情形
• 参考文献
• 作者简历
• 攻读硕士学位期间论文发表情况
• 致谢