溶剂诱导聚苯乙烯-b-聚氧化乙烯形貌及其转变

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结晶性嵌段共聚物是至少含有一个结晶性嵌段的一类聚合物,在嵌段间因不相容而发生相分离的同时,结晶性嵌段又能进行链折叠而发生结晶,于是,结晶性嵌段共聚物的结构形貌便由两个相互竞争的机制—微相分离和结晶来决定,使得结晶性嵌段共聚物的相行为变的较为复杂。结晶-非晶两嵌段共聚物因相对比较简单,而受到科研人员的广泛关注。目前,对于结晶与相分离一起发生时的结晶行为的研究还较少,特别是在溶剂诱导薄膜状态下,对薄膜的形貌演变和结构重构还缺乏足够的认识和理解。本论文以结晶-非晶两嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚氧化乙烯(PS-b-PEO)为研究对象,考察了这种嵌段共聚物在溶液中的自组装行为以及溶剂诱导下薄膜的结晶与微相分离等相行为,还研究了无机盐对其自组装行为的影响。选取非选择性溶剂四氢呋喃溶解PS-b-PEO,旋涂制得薄膜后,分别在溶剂甲苯、四氢呋喃以及混合溶剂水/甲苯饱和蒸汽氛围中诱导一定时间,挥发溶剂后采用原子力显微镜观测其表面形貌。研究发现,在甲苯诱导时,薄膜表面起伏加剧;四氢呋喃诱导时,出现了突破相区结构的结晶形貌;混合溶剂诱导时,薄膜表面形成孔洞结构,最终形貌由结晶和微相分离共同主导。对在选择性溶剂甲苯中溶解的PS-b-PEO,我们使用原子力显微镜和透射电镜研究了该溶液在不同的陈化时间时得到的不同组装体结构,然后又考察它们分别在溶剂诱导时的薄膜形貌转变规律。当在室温下放置24h后,得到胶束聚集体结构;而继续放置2个月后,得到一种方形片层结构。胶束聚集体和方形片层结构在混合溶剂诱导时,都实现了结构重构,形成了新的柱状有序相结构;混合溶剂中水的加入是实现这种转变的关键;柱状相的有序度与之前形成的组装体结构有关,最初形成的结构有序程度越好(方形片层),在进行结构重构时将越加困难,得到的新的有序相有序度越差。在PS-b-PEO添加不同量的乙酸镉,来研究乙酸镉对PS-b-PEO自组装行为的影响,并考察了聚合物起始浓度、陈化时间等因素的影响。在溶液变稀时,胶束形态由环形胶束转变成棒状胶束。陈化时间对浓度较大溶液中环形胶束影响不显著;而浓度较小溶液中棒状胶束随陈化时间延长而增长。当聚合物浓度为5mg/mL时,乙酸镉的加入主要是诱导薄膜演变成结晶形貌,不同含量的结晶结构不同;而当聚合物浓度为1mg/mL时,乙酸镉的加入利于棒状胶束的形成,不同含量的棒状胶束的直径不同。
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