线形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)的粘弹弛豫与相形态

研究了不同温度下苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)的粘弹弛豫与相形态. DSC分析发现, SBS的相结构特别是其中质量分数较低的PS相畴的大小受热历史影响显著. 用TEM表征了SBS的双相连续形态和两相相畴尺寸. 用动态流变学方法研究了不同温度下SBS嵌段大分子的松弛行为. 结果表明, 在低于PS相玻璃化转变温度时, 嵌段分子中的PB段已可发生运动; 而当高于PS玻璃化转变温度后, 由于PB与PS间的相互作用及PB的链缠结所限制, 体系仍保持较高的弹性模量, 呈现“第二平台”特征流变行为.     

聚二甲基硅氧烷与聚甲基(苯基)硅氧烷嵌段共聚物的分子运动

用振簧法在-150℃至100℃温度范围内测定了聚二甲基硅氧烷和聚甲基(苯基)硅氧烷嵌段共聚物及与其组份相同的共混物的动态力学温度谱。在研究的温度范围内嵌段共聚和共混试样都有两个内耗峰、分别为橡胶相和树脂相的玻璃化转变T_g1和T_g2。嵌段共聚或共混对T_g1和T_g2峰位置的影响较小。用归一化作图法比较了T_g1和T_g2内耗峰的形状,发现嵌段共聚的T_g1峰较共混者宽,而T_g2峰较共混者为窄,并从第二组份对分子运动影响的观点对此现象作了解释。研究了橡胶链段长度对嵌段共聚物T_g1位置和峰形影响的规律。估算出聚二甲基硅氧烷玻璃化转变运动单元的链段长度(Si—O)_n,n大约是80。     

共聚物组成对线形苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物粘弹弛豫与相形态的影响

研究了不同组成的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)的相形态与粘弹弛豫.用透射电子显微镜(TEM)表征了SBS的形态,结果显示,几种SBS均呈层状结构,随着苯乙烯含量的降低,聚苯乙烯(PS)相的尺寸稍有减小,而聚丁二烯(PB)相尺寸明显增大.用动态流变学方法考察了不同温度下SBS嵌段大分子的弛豫行为,结果表明,苯乙烯含量减少,PS相玻璃化转变和有序-无序转变温度均降低;苯乙烯含量少的,在有序-无序转变过程中呈现出高且宽的损耗峰,表明有序-无序转变过程中能量的耗散主要由两相溶合时分子链间的内摩擦所决定,分子链越长,内摩擦越大,能量耗散越大.     

乳液聚合共聚物玻璃化转变温度及其理论计算

从共聚单体的竞聚率、油相水相分布系数出发,通过动力学模拟计算了丙烯酸丁酯与醋酸乙烯酯乳液共聚物的链结构,并用Johnson公式对其玻璃化转变温度(T_g)进行了理论计算,给出了共聚物T_g及其对应聚合物的重量分布图。发现半连续共聚物有1个T_g,其值随共聚物组成而变化;但一步法共聚物有两个T_g:低温区T_g代表富丙烯酸丁酯共聚物,高温区T_g则代表PVA均聚物。计算结果与实验十分吻合。     

分子水平研究不同嵌段结构苯乙烯/丁二烯共聚物的表面结构

利用具有准单分子层灵敏度的和频振动光谱(SFG)、原子力显微镜(AFM)和接触角(CA)测定技术研究链结构和溶剂对苯乙烯(S)/丁二烯(B)嵌段共聚物表面准分子层化学结构形成的影响.结果表明,两嵌段共聚物SB比三嵌段共聚物SBS更有利于聚丁二烯(PB)组分在膜表面富集.利用PB的选择性溶剂环己烷做溶剂时,SB膜表面层完全由纯的PB组分组成,而SBS表面则是聚苯乙烯(PS)与PB二组分共存.利用PS的选择性溶剂甲苯做溶剂时,SB与SBS表面都是PS与PB二组分共存,其中SBS表面PS组分的含量更高.原因是由于溶剂影响嵌段共聚物分子在溶液中的构象从而影响溶剂挥发后聚合物表面结构的形成.     

以高顺式聚丁二烯为软段的三嵌段共聚物的制备

从高顺式端羟基聚丁二烯(HTPB)出发,分别以ε-己内酯和苯乙烯为单体合成了2类以高顺式聚丁二烯为软段的三嵌段共聚物.以高顺式HTPB为大分子引发剂、辛酸亚锡为催化剂,引发ε-己内酯的开环聚合,合成了聚己内酯-b-聚丁二烯-b-聚己内酯三嵌段共聚物(CLBCL);通过高顺式HTPB末端羟基与2-溴代异丁酰溴(BBi B)间的酯化反应制备了ATRP大分子引发剂(Bi B-PB-Bi B),进而引发苯乙烯进行电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)反应,合成了聚苯乙烯-b-聚丁二烯-b-聚苯乙烯三嵌段共聚物(SBS),反应具有较好的可控性,产物分子量分布较窄.通过红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)和碳谱(13CNMR)、热重分析(TGA)和示差扫描量热分析(DSC)等对所制备共聚物的结构和性能进行了测试表征.TGA曲线表明,提高聚己内酯链段的含量,可在一定程度上提高CLBCL共聚物的热稳定性;SBS共聚物的热分解过程表现为一个阶段,与HTPB相比,其热稳定性略有提高.从CLBCL共聚物的DSC曲线上可明显观察到聚丁二烯链段的玻璃化转变温度和聚己内酯链段的熔点;SBS共聚物具有2个玻璃化转变温度,为–104.1和102.4oC,分别对应于聚丁二烯链段和聚苯乙烯链段的玻璃化转变温度.     

含异山梨醇的全生物基PBS嵌段共聚酯的制备及性能

采用熔融扩链法制备了高分子量的全生物基聚丁二酸丁二醇酯(PBS)-聚丁二酸异山梨醇酯嵌段共聚酯.GPC测试结果表明,该嵌段共聚酯在较高的异山梨醇(Is)含量时仍具有较高的分子量,其M_n介于3.5×10~4~7.0×10~4之间.采用TGA和DSC对嵌段共聚酯的热稳定性和结晶性能进行了研究,结果表明嵌段共聚酯保持了PBS优异的热稳定性和结晶性能,即使异山梨醇含量达60 mol%,其熔点较PBS仅下降2 K.采用DMA分析了嵌段共聚酯的玻璃化转变温度T_g,发现随着异山梨醇含量的增加,其T_g随之升高,当Is含量为60mol%时,嵌段共聚酯的T_g高达68℃,并且共聚酯的2个链段具有很好的相容性.力学性能测试结果表明,异山梨醇的引入可使PBS的力学性能得到明显地提高和调控,随着异山梨醇含量的增加,嵌段共聚酯的拉伸强度先增加后降低,断裂伸长率约是PBS的2倍,其中,当异山梨醇含量达60 mol%时,嵌段共聚酯的屈服强度由PBS的35.0 MPa增至43.0 MPa.     

刚性链嵌段共聚物的研究(I)——聚醚醚酮-聚醚砜嵌段共聚物结构与性能

本文以聚醚醚酮(PEEK)和聚醚砜(PES)齐聚物为原料,通过溶液缩聚法制备PEEK-PES嵌段共聚物,并用DSC、TGA、WAXD和动态粘弹谱等手段对其相容性、结晶行为、动态力学性能和热性能进行了研究.结果表明,嵌段共聚物在PEEK链段M_n=1×10⁴,PES链段M_n)=3500～250(PES含量为25.0%～2.9%)组成范围内不产生微相分离,保持了结晶性能,其玻璃化转变温度比纯PEEK提高将近20℃,并具有较好的高温力学性能.     

环氧丙烷聚醚三元醇/聚乳酸嵌段共聚物的合成与性能

以低不饱和度环氧丙烷聚醚三元醇与L型及DL型丙交酯为原料, 合成了不同单体物质的量比的聚醚与聚乳酸嵌段共聚物. 采用FTIR, 1H NMR, GPC对共聚物的结构进行了表征; 用DSC, DTA对共聚物的玻璃化转变温度、熔点及热分解温度进行了研究. 结果表明, 丙交酯在聚醚多元醇端羟基的引发下发生开环反应, 得到聚环氧丙烷L型乳酸(POLLA)或聚环氧丙烷DL型乳酸(PODLA)二嵌段共聚物. POLLA二嵌段共聚物具有结晶能力, 且随着L型聚乳酸链段的增长而增强. PODLA二嵌段共聚物为非晶态聚合物. 两种共聚物的玻璃化转变温度与共聚物的组成有关, 其值介于聚醚和聚乳酸玻璃化转变温度之间. 与聚醚三元醇相比, 二嵌段共聚物的耐热性得到提高, 其热分解温度提高了30～60 ℃, 约为235～262 ℃. 共聚物的结构和组成对材料的热降解机制有很大影响. PODLA在高温区发生热氧化降解.     

PVCH-PE-PVCH三嵌段共聚物在超临界CO2中的熔融再结晶行为

本研究组在前期研究中发现, 改变溶剂的挥发速率可以调节体系中PE结晶和PVCH玻璃化之间的竞争, 进而调节PE结晶的受限程度. 超临界二氧化碳(scCO2)是一种非极性溶剂, 其对无定形聚合物(如PS)有很强的溶胀作用, 可显著降低聚合物的玻璃化转变温度, 提高原来被冻结的高分子链的活动能力. PVCH的分子结构与PS相似, 研究结果表明, scCO2对PVCH组分也有很强的溶胀能力, 导致PVCH的玻璃化转变温度降低, 从而可以改变PE嵌段的受限状态. 本文研究了PVCH-PE-PVCH在scCO2中的熔融再结晶行为.     

疏水链段对两亲性三嵌段共聚物在水中聚集行为的影响

以结构明确的两端为短的聚苯乙烯(PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)链段,中间为长的聚乙二醇(PEG)链段的PS-b-PEG-b-PS和PMMA-b-PEG-b-PMMA两亲性三嵌段共聚物为对象,研究了PS和PMMA链段对其在水中形成胶束和凝胶的影响.两种三嵌段共聚物在水中形成以PS或PMMA链段为核、PEG链段为壳的球形胶束,流体力学半径Rh,app为15.3~24.3 nm,并随PEG链段长度增长而增大.临界胶束浓度CMC均小于0.01 mg/mL,随着PS和PMMA链段长度的增加而减小.PS-b-PEG-b-PS浓度高于4.5 wt%可形成较强的疏水缔合的物理凝胶,平衡模量Ge可达到103Pa;PMMA-b-PEG-b-PMMA浓度高于7.5 wt%可以形成弱的凝胶,Ge<10 Pa.凝胶的储存模量G′和损耗模量G″均随着PS或PMMA链段的增长而增大.     

单茂钪催化苯乙烯衍生物与异戊二烯共聚合的研究

研究了单茂钪(C_5Me_4SiMe_3)Sc(CH_2C_6H_4NMe2-o)_2催化异戊二烯(IP)与苯乙烯衍生物对氯苯乙烯(St-Cl)、4-二甲基硅氢苯乙烯(St-Si HMe_2)共聚合的性能,通过NMR、GPC和DSC对所获共聚物的微观结构和热性能进行表征分析.结果表明,在室温氯苯溶剂中,改变IP和苯乙烯衍生物的用量,单茂钪均可以催化IP与St-Cl、St-SiHMe_2共聚合,获得了组成可控(IP含量21 mol%～95 mol%)、高分子量(M_n=3.1×10~4～15.9×10~4)、窄分布(M_w/M_n=1.21～1.92)的IP/St-Cl和IP/St-SiHMe_2两类共聚物,共聚物中IP形成1,4-和3,4-结构单元,苯乙烯衍生物形成间规聚合结构.苯乙烯衍生物取代基的电负性直接影响共聚合活性和共聚物的序列分布.IP与St-SiHMe_2共聚合活性(10~5 g聚合物molSc~(-1) h~(-1))远高于IP与St-Cl共聚合活性(10~4 g聚合物mol Sc~(-1) h~(-1));相同共聚合条件下St-SiHMe_2的插入率高于St-Cl.单茂钪催化IP与St-Cl共聚合获得了梯度共聚物,IP/St-Cl共聚物具有源自聚IP链段的玻璃化转变温度(T_g=-1～5°C)和源自间规聚St-Cl链段的熔点(T_m=314～318°C).单茂钪催化IP与St-SiHMe_2共聚合获得无规共聚物,IP/StSiHMe_2共聚物具有一个T_g,该T_g值(12～82°C)随St-SiHMe_2含量(13 mol%～79 mol%)的增加而线性增加.     

表面活性单体NaAMC_(14)S/丙烯酰胺共聚物的分子链微结构与疏水缔合性

在实施丙烯酰胺型阴离子表面活性单体2-丙烯酰胺基十四烷磺酸钠(NaAMC14S)与丙烯酰胺(AM)水溶液均相共聚合过程中,分别通过改变AM与NaAMC14S的投料比、改变外加电解质NaCl的加入量以及引发剂的用量,制备了分子链微结构系列变化的具有微嵌段结构的共聚物NaAMC14S/AM;采用荧光探针法与表观粘度法研究了共聚物分子链微结构与其疏水缔合性能之间关系,探索了共聚物分子链中疏水微嵌段含量、疏水微嵌段长度及共聚物分子量诸微结构因数对共聚物疏水缔合性的影响.结果表明,共聚物NaAMC14S/AM的疏水缔合性随着疏水微嵌段含量的增加而增强,随着疏水微嵌段长度的增长而增强,当疏水微嵌段含量和嵌段长度一定时,共聚物的疏水缔合性随分子量的增大而增强.     

聚苯乙烯-b-聚丙烯酸/聚苯乙烯在水中的自组装及胶束尺寸的研究

利用动态光散射、透射电镜研究了嵌段共聚物聚苯乙烯 b 聚丙烯酸(PS b PAA)与均聚物聚苯乙烯(PS)在选择性溶剂水中的自组装行为.由于均聚物PS与PS嵌段具有相同的结构单元,均聚物PS参与胶束的形成,和嵌段共聚物的PS链段一同组成胶束的核;在适当的均聚物分子量和含量条件下,PS b PAA PS可以自组装形成单分散的纳米胶束;通过改变体系中均聚物PS的分子量和含量可在较大范围内调变胶束的尺寸.     

聚苯乙烯/聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物的表面形态研究

采用原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)研究了聚苯乙烯/聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物(PS-b-PDMS)薄膜的相形态.结果表明,当采用甲苯作为溶剂,旋转涂膜的薄膜样品呈现网络状的形态分布在表面,而样品所对应的透射电镜照片中,PDMS相作为球状分布在PS的连续相中.退火温度对共聚物表面形态有一定的影响,当退火温度高于PDMS的玻璃化温度,表面中PDMS相增多.PS-b-PDMS嵌段共聚物的表面形态随着所用溶剂的变化而有所不同,当采用甲苯作为溶剂时,样品的PS相形成凹坑分布在PDMS的相区之中,而采用环己烷作为溶剂时,PS相作为突起分布在PDMS相区之中.另外,基底对共聚物薄膜表面形态的有较大的影响,当采用硅晶片作为基底时,样品中的PDMS相和PS相呈现近似平行于表面的层状结构.     

聚苯乙烯-b-聚右旋乳酸二嵌段共聚物的热性能和结晶行为研究

合成了系列聚右旋乳酸(PDLA)嵌段重量分率(fw=0～0.61)的窄分子量分布聚苯乙烯-b-聚右旋乳酸二嵌段共聚物(PS-b-PDLA).运用温度调制示差扫描热分析仪(TMDSC)和热台偏振光显微镜(POM)等研究手段,对制备所得的结晶性二嵌段共聚物的热性能、结晶速率与结晶形貌等进行了研究.研究结果表明,与聚右旋乳酸均聚物相比,随着PS-b-PDLA中结晶性PDLA嵌段重量分率fw减少,无定形聚苯乙烯嵌段(PS)对PDLA嵌段链段的结晶抑制作用增强,PS-b-PDLA的热结晶性能与结晶形貌发生显著变化;相对于PDLA均聚物,PS-b-PDLA的冷结晶温度(Tcc)和结晶平衡熔点(Tm0)分别下降14℃和38℃,球晶生长速率明显降低.在无定形PS嵌段链段的玻璃化温度(Tg)附近,二嵌段PS-b-PDLA的结晶行为出现拐点,揭示PS嵌段由于相分离所形成纳米微相空间对PS-b-PDLA中PDLA链段的结晶产生影响,并且该影响作用程度与PDLA嵌段的重量分率fw和结晶温度(Tc)相关。     

聚谷氨酸苄酯-g-(聚四氢呋喃-b-聚异丁烯)共聚物的微观结构与形态

通过可控/活性离子聚合方法设计合成一系列不同共聚组成的聚谷氨酸苄酯-g-(聚四氢呋喃-b-聚异丁烯)的新型嵌段接枝共聚物,即PBLG-g-(PTHF-b-PIB),研究共聚物中支链(PTHF-b-PIB)长度及接枝密度对主链PBLG玻璃化转变温度、α-螺旋二级结构及其转变的影响,研究支链中PTHF链段长度对其双端受限的玻璃化转变及凝聚态结构的影响.结果表明:PBLG-g-(PTHF-b-PIB)共聚物中刚性主链保持α-螺旋二级结构;随着支链长度增加或接枝密度增加,主链PBLG的α-螺旋二级结构特征峰逐渐减弱,玻璃化转变温度逐渐提高,α-螺旋结构发生转变的焓值逐渐增大;在确定接枝密度的情况下,随着支链中PTHF链段长度增加,共聚物中双端受限的PTHF链段结晶逐渐增强,结晶熔融温度及熔融焓均增加;在确定支链中PTHF链段长度的情况下,随着接枝密度增大,支链间链段相互排斥,PTHF链段结晶逐渐减弱.     

两嵌段共聚物PB-PDMS中PDMS的结晶行为与共聚物形态结构的关系

聚二甲基硅氧烷(PDMS)的结晶熔融温度(T_m)约为-43℃,远高于其玻璃化转变温度(T_g)(-124℃),为扩大其低温使用范围,需要破坏其链结构规整性以抑制结晶发生。但是我们发现在前人工作中,含PDMS段的嵌段共聚物,即使不破坏PDMS段的链结构规整性,其动态力学谱上有时也观测不到PDMS的结晶峰。遗憾的是这些作者末曾对这一不寻常现象给予足够的重视。无疑,搞清共聚物中PDMS不寻常结晶行为同共聚物形态结构的关系,对提高含有PDMS段的嵌段型热塑性弹性体的低温使用范围将有指导意义。本文报导PB-PDMS中的结晶行为与共聚物形态结构的关系。     

高聚物玻璃化转变温度和分子参数的关系 Ⅱ.分子量对玻璃化转变温度的影响

根据前文提出的理论模型,本文推导出下述表征高聚物数均分子量(M_n)与玻璃化转变温度T_8关系的理论公式: T_g=T_g~∞-K_g/M_n K_g=T_g~∞·σ~2(T_g)·M_u十几种高聚物的K_g理论计算位能较好地和实验值吻合。应用理论关系式具体计算了聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷和聚α-甲基苯乙烯的T_g随分子量的变化,其结果是令人满意的。     

等规聚苯乙烯与聚(乙烯/丙烯)嵌段共聚物的研究(Ⅱ)──嵌段共聚物的分离与表征

将配位聚合法合成的等规聚苯乙烯与聚(乙烯/丙烯)嵌段共聚反应产物进行溶剂车取分离,得到嵌段共聚物[iPS-b-Poly(E-co-P)]的含量约为总重量的20％～30％,并用¹³CNMR、FTIR、WAXD、DSC和电子显微镜进行表征．该共聚物是具有等规聚苯乙烯(iPS)与乙丙无规共聚链段结构的三元两嵌段共聚物,且iPS链段有一定的结晶度．由透射电镜可以看出,嵌段共聚物存在微相分离结构,相区尺寸在100nm数量级．