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作为高聚物凝聚态的重要特征之一,高分予链的缠结对高聚物结晶过程的影响一直是研究热点,但仍存在很大的争论,研究者观察到不同的实验结果、提出不同的观点。有些人认为二者没有关系,也有很多人认为缠结对高聚物的结晶都是不利的,一旦链发生解缠结,高聚物结晶能力就会增强。那么缠结对高聚物的结晶行为到底有没有影响,有什么样的影响呢?本文的研究目的是希望对这一有趣问题给出一个比较明确的回答,至少能在认识上有一定的进展。
本论文采用冷冻萃取法从不同浓度,不同尺寸溶剂的聚氯乙烯(PVC)溶液中制备出缠结程度不同的PVC试样,考察了凝聚缠结和拓扑缠结对结晶过程的影响,同时探讨了溶剂尺寸对溶液中高分子链形态和解缠结行为的影响。
由中分子溶剂邻苯二甲酸二异辛酯(DIOP)制备的PVC试样的结晶行为研究结果表明,当PVC/DIOP溶液浓度在0.5g/dL时,制得的试样中有序结构含量最高,结晶能力也较强。当浓度较稀时,链解缠结,试样中凝聚缠结少,不利于晶核形成:随着浓度升高,链间发生凝聚缠结的几率增大,晶核增多,拓扑缠结虽然也在增加,但发生的情况还较少,利于晶粒生长,因此所得试样结晶度较高;当浓度接近和超过接触浓度c(*)时,两种缠结进一步增加,拓扑缠结产生的影响逐渐占主导地位,不利于晶粒的进一步生长,因此所制备的PVC样品结晶度低。出此可见,凝聚缠结和拓扑缠结对结晶的的影响机理不同,它们分别影响结晶过程的两个阶段,缠结对高聚物结晶行为的影响是二者共同作用的结果。
由稀溶液黏度法知DIOP相对于THF来说溶剂性能较劣,这可能由于溶剂尺寸增大引起,结果还表明随着溶剂分子尺寸增大,高分子线团更加收缩,相应的c(*)也会升高。PVC在DIOP中,高分子链段间的吸引作用较大,线团收缩,排除体积较小,并且由于溶剂尺寸较大,链段的运动受到一定的约束,当浓度很稀时,孤立线团间相距较远,线团塌缩,尺寸较小,缠结主要以较少的链内凝聚缠结为主;随着浓度升高,链间凝聚缠结不断增加,当浓度接近和超过c(*)时,拓扑缠结发生的情况将更为普遍。而在THF中,链段问以斥力为主,线团比较扩张,浓度很稀时,链解缠结充分,连链内凝聚缠结都较少,随着浓度升高,凝聚缠结和拓扑缝结发生的几率都在增大,由于线团扩张,链开始穿透,所以更易发生拓扑缠结。由于两种溶剂在溶解性能和分子尺寸的差异,导致PVC链在溶液中的解缠结行为不同,进而影响了它们的结晶行为和玻璃化转变温度。DSC扫描的结果表明,从0.5g/dLPVC/DIOP溶液制备的试样玻璃化转变温度下降了30℃,可能是因为存在较多的凝聚缠结,另外,由于溶剂尺寸较大,使制取的试样结构松散,降低了密度,这对玻璃化温度的降低也有部分贡献。