不对称嵌段共聚物增容对共混物相形貌调控及机理研究

摘要

本论文主要探究了不对称两嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯（PS-b-PMMA)增容聚甲基丙烯酸环己酯/聚甲基丙烯酸甲酯（PCHMA/PMMA)二元不相容共混体系的相形貌调控机理。通过本研究，深入探究了加工过程中共混顺序，均聚物分子量，不对称两嵌段共聚物嵌段比，共混体系粘度，加工过程中胶束的迁移扩散行为以及不对称两嵌段共聚物增容动力学与热力学之间的关系，研究这些因素之间的内在规律对于共混物相形貌的调控及力学性能的影响，用自洽场理论模型计算和“干-湿”刷理论进行解释和验证不对称嵌段共聚物增容对于共混物相形貌调控的实质机理。本文所进行的研究工作如下：
　　1、论文第2章，以聚甲基丙烯酸环己酯/聚甲基丙烯酸甲酯（PCHMA/PMMA）的不相容共混体系为研究对象，研究了加工过程中共混顺序对不对称两嵌段共聚物 PS-b-PMMA增容 PCHMA/PMMA共混体系界面与胶束的竞争关系，从而探究出共混顺序对于不相容共混物相形貌的影响。研究表明，在最优共混步骤下加入不对称两嵌段共聚物 SM1（NPS/NPMMA=1:9）和 SM2（NPS/NPMMA=9:1），并减小共混物体系中均聚物 PMMA分子量可以显著改善共混物中的相形态和相尺寸，促使不对称嵌段共聚物在两相界面，提高了增容效率。这跟分散相体系粘度和共混时所形成的胶束热力学状态的稳定性有关。增加 PMMA分子量会改变不对称嵌段共聚物在两相界面之间的曲率，从而造成在界面的嵌段共聚物不稳定，又会扩散至PMMA相内部形成胶束，从而形成不同的分散相胶束化相形貌。
　　2、在明确了共混顺序对于不对称两嵌段共聚物 PS-b-PMMA增容PCHMA/PMMA共混体系相形貌的影响之后，在论文的第3章，研究了不对称两嵌段共聚物嵌段比和均聚物分子量对于共混物相形貌的调控机理。研究发现，较为对称嵌段比例结构的不对称两嵌段共聚物 SM4（NPS/NPMMA=6:4）增容效果好，相尺寸小，在分散相 PMMA分子量低的情况下嵌段共聚物基本都在界面上。不对称两嵌段共聚物SM1和SM2由于链段结构和比例的影响更容易在体相形成胶束， SM3（NPS/NPMMA=8:2）介于两者之间。自洽场理论模型的计算也很好解释了这个现象。并且通过调控均聚物分子量改变内外围的乳化效果，改变链段之间的溶胀程度可以影响嵌段共聚物在界面的利用率，同时也影响着不对称嵌段共聚物在界面的稳定性，对于共混物相形貌的调控具有深刻的意义。不仅如此，研究还发现拥有胶束的共混物相形貌也同时反映出共混物性能的变化。不对称两嵌段共聚物增容，尤其是两者1:9和9:1嵌段比的 SM1和 SM2嵌段共聚物非但没能增强材料的拉伸性能，反而由于胶束的存在降低了共混体系的拉伸强度。
　　3、为证实不对称两嵌段共聚物 PS-b-PMMA在 PCHMA/PMMA共混体系中所形成胶束的扩散迁移以及界面嵌段共聚物的热力学稳定性对于共混体系相形貌的影响。在论文的第4章，我们研究了不对称两嵌段共聚物 PS-b-PMMA的胶束迁移扩散行为以及增容 PCHMA/PMMA共混体系动力学与热力学的关系。研究发现，胶束的热力学稳定性因素也是影响胶束扩散的一个至关因素，嵌段越长，与该嵌段相容的相与其形成的“湿刷”程度越大，此时链段相互作用力越大，链段相互摩擦力越强，嵌段的链段运动困难，分子量大的嵌段共聚物在体相的扩散速率慢，而分子量小的嵌段共聚物在体相扩散速率快。研究还发现不对称两嵌段共聚物对不相容共混体系增容动力学与热力学因素都存在着影响，并且受不对称两嵌段共聚物嵌段比和共混体系分子量的影响。在分散相低分子量的情况下，不对称两嵌段共聚物 SM1，SM2和 SM3增容的 PCHMA/PMMA不相容共混体系的动力学势垒较高，热力学因素起主要影响作用，较为对称的 SM4增容的情况下动力学与热力学势垒相差不大，热力学影响因素并不明显；而在分散相高分子量的情况下，SM1， SM2，SM3和 SM4增容的 PCHMA/PMMA不相容共混体系的热力学势垒较低，依旧起主要影响作用，此时加工过程中动力学因素对不对称两嵌段共聚物增容PCHMA/PMMA不相容共混体系的影响并不是很大。

目录

声明

引言

1绪论

1.1聚合物共混体系

1.2嵌段共聚物的自组装及其界面行为

1.3本论文研究的目的、意义

2共混顺序和PMMA分子量对不对称两嵌段共聚物增容共混体系的相形貌调控及机理研究

2.1引言

2.2实验所用原料和设备

2.3实验部分

2.4实验结果与讨论

2.5本章小结

3不同嵌段比不对称两嵌段共聚物对PCHMA/PMMA共混体系增容效果的影响及机理研究

3.1引言

3.2实验所用原料和设备

3.3实验部分

3.4实验结果与讨论

3.5本章小结

4不对称两嵌段共聚物PS-b-PMMA增容PCHMA/PMMA共混体系：动力学和热力学的关系

4.1引言

4.2实验所用原料和设备

4.3实验部分

4.4实验结果与讨论

4.5本章小结

5总结与展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢