聚合物受限结晶的研究进展

随着纳米材料研究的迅速发展,聚合物由于其分子固有的纳米尺度结构,无论作为纳米器件或在模板应用方面都受到广泛瞩目.在微纳领域的应用中,特定受限环境下,结晶聚合物的结晶行为也因此受到广泛关注.本文从均聚物(及无规共聚物)和半晶型嵌段聚合物两方面总结了近年来聚合物受限结晶领域的研究进展.对于均聚物和无规共聚物,人们主要关注其在薄膜、超薄膜条件下的受限结晶性能,关注点为随着膜厚减小而引入的空间效应和界面效应对聚合物结晶性能的影响.而对于半晶型嵌段共聚物受限结晶的研究则多从本体出发,来研究纳米相分离与结晶的竞争过程、纳米相分离区域对于可结晶嵌段结晶生长的几何限制(空间效应)以及嵌段连接点(结晶嵌段的末端)对于结晶嵌段结晶行为的影响.     

聚ε-己内酯薄膜的受限结晶行为研究

利用原子力显微镜(AFM)系统地研究了聚ε-己内酯(PCL)在物理受限空间,即在薄膜、超薄膜中的结晶行为.结果表明,PCL的结晶形态与薄膜的厚度有关.当薄膜的厚度大于2Rg(Rg为回转半径)时,高分子结晶形态呈现球晶;当厚度介于Rg~2Rg之间时,高分子结晶生成枝蔓或树枝状结构;当厚度小于Rg时,其结晶形态为“岛”状结构.讨论了结晶温度、分子量与基底等对高分子结晶形态的影响.PCL在薄膜中的结晶是一个扩散控制的动力学过程,其生长机理可以用有限扩散凝聚(DLA)来解释.     

聚合物在高压CO2条件下的结晶行为

高压CO2,包括超临界CO2,为人们研究聚合物的结晶行为提供了新的思路和方法。本文综述了聚合物在高压CO2条件下的吸收及其结晶行为等方面的研究进展。     

聚合物熔体结晶的方式(Regime)理论

综述了基于链折叠概念的聚合物熔体结晶的方式理论,详述了结晶的三个方式并列举了文献提取的存在方式转变的体系,并对理论参数的获得和方式转变与形态变化的关系进行了讨论。     

含mPEG侧链的水溶性梳状聚合物的合成及其侧链受限结晶行为研究

采用大单体与小单体共聚的技术,通过自由基引发溶液聚合,合成了一系列水溶性梳状聚合物———聚丙烯酸接枝聚乙二醇单甲醚(PAA-g-mPEG).制备过程分两步进行,首先合成大单体聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯,然后将大单体与丙烯酸单体共聚,合成了梳状聚合物.通过控制反应条件,获得了一系列主链和支链组成比不同的接枝共聚物.用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1H-NMR)表征了共聚物的结构,并对其侧链的结晶行为进行了研究.采用差热扫描量热法(DSC)表征并分析了不同侧链长度的mPEG的热性能及其结晶情况.利用相差显微镜和原子力显微镜(AFM)观察薄膜的结晶形貌,表明梳状聚合物的侧链mPEG在受限条件下的薄膜结晶形貌为高度支化的晶体,初步分析了mPEG链长及其在共聚物中的重量百分含量对晶体形貌的影响.     

树枝状嵌段聚合物D-PCL-b-PS在不对称末端受限条件下的结晶行为

研究了树枝状嵌段聚合物聚(ε-b-己内酯)-b-聚苯乙烯(D-PCL-b-PS)的分子结构对PCL链段受限结晶行为的影响.首先,通过活性正离子开环聚合(ROP)合成了树枝状的嵌段聚合物D-PCL.在此基础上用原子转移自由基聚合(ATRP)的方法,合成了树枝状的嵌段聚合物D-PCL-b-PS,在结晶的PCL链段的两个末端...     

含氟聚合物共混对聚醚醚酮结晶行为的影响

通过示差扫描量热仪(DSC)对含氟聚合物与聚醚醚酮(PEEK)共混物的非等温结晶熔融行为和等温结晶熔融行为进行了研究.研究表明:不同的含氟聚合物以及具有不同端基的同种含氟聚合物对PEEK的结晶行为有不同的影响.端基为酰氟(COF)的乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)能促进PEEK结晶时的成核,加快PEEK的等温结晶速率,而聚四氟乙烯(PTFE)则会减慢PEEK的等温结晶速率.     

热处理对聚偏氟乙烯-酰胺类溶剂所制薄膜结晶行为的影响

使用红外光谱和偏光显微镜对PVDF(聚偏氟乙烯)-DMF(N,N-二甲基甲酰胺)和PVDF-DMAc(N,N-二甲基乙酰胺)体系结晶行为的研究表明,PVDF薄膜的结晶受制备溶剂,后期热处理温度和膜厚度等因素的影响;升高温度,β相含量减小;当温度低于90℃时,PVDF-DMF体系的F(β)值较DMAc体系大,在90~160℃之间则相反,且两种体系的F(β)值分别在约90℃和80℃发生“突变”;同时,结晶还明显受到薄膜厚度的影响,厚度大,结晶较完善.     

结晶聚合物晶相相容性的研究

通过ＤＳＣ、Ｘ－射线衍射、红外光谱及拉伸试验研究了ＨＤＰＥ与ＬＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ与ＬＤＰＥ之间的晶相相容性。结果表明，链结构相近的ＨＤＰＥ和ＬＬＤＰＥ的晶相相容性好，能形成共晶，而链结构差异较大的ＨＤＰＥ和ＬＤＰＥ的晶相相容性较差，倾向于分别结晶。但有部分链段被对方的晶区夹持。不论是支化度大的ＬＤＰＥ锻段插入以ＨＤＰＥ为主的晶区，还是支化度小的ＨＤＰＥ锻段插入以ＬＤＰＥ为主的晶区，都可破坏晶区的规     

超临界CO_2下的聚合物结晶形态和动力学研究现状北大核心CSCD

聚合物结晶一直以来是高分子凝聚态研究的热点,随着超临界流体尤其是超临界CO2(scCO2)在聚合物方面应用日益增加,对超临界条件下的聚合物结晶研究显得更加重要。scCO2在聚合物中溶解度较高,增塑效果好,能显著降低玻璃化温度(Tg)和熔点(Tm),改变聚合物的晶体形态,并对动力学过程产生较大影响。因此,聚合物在scCO2条件下结晶行为的深入研究,在实际应用中起着重要的指导作用。本文对scCO2作用下的链型、晶体形态、共混物特点和结晶动力学过程的研究现状进行综述。     

超快扫描量热技术表征高分子结晶动力学

高分子结晶行为是高分子材料加工过程研究的热点,因为高分子组分和加工工艺控制着高分子结晶及其产物性能。差示扫描量热仪(DSC)是研究高分子结晶动力学常规手段。但是,普通DSC所能达到的最快降温速率一般无法抑制较快的样品结晶,结晶行为将在等温结晶动力学测试之前发生,因此可进行等温结晶的研究温度范围局限于较低结晶过冷度的高温区域。近年来,具有超快速升降温扫描速率和精准控温的快速扫描芯片量热仪(FSC,其商业化版本Flash DSC 1)得到了广泛应用。FSC可以抑制高分子样品在升降温过程中的结晶成核,避免对之后的结晶动力学测试产生影响。因此FSC技术将高分子结晶动力学的研究温度区间延伸至具有较大过冷度的低温区,加深了我们对高分子结晶成核机理以及高分子工业加工过程的理解。本文首先介绍了由初级成核方程描述的高分子结晶动力学原理,初级成核自由能位垒(?G~*)和扩散活化能位垒(?U)分别控制了高低温区的结晶动力学。我们还总结了FSC技术的发展,包括氮化硅薄膜芯片技术、快速扫描量热仪、商业化Flash DSC 1在不同高分子结晶熔融行为研究中的应用。然后介绍表征高分子等温结晶动力学的方法,其中包括样品制备、质量估算、消除热历史、临界扫描速率的确定等,并举例介绍FSC在高分子结晶动力学研究中的应用,涵盖高分子总结晶动力学、结晶成核动力学、高分子焓松弛对结晶成核的影响、FSC联用技术等方面。应用举例中对应形貌和结晶信息,分析了通过FSC测试得到的结晶成核动力学特点。另外通过比较不同结构特点的高分子,总结了我们对结晶动力学行为的基本理解。总之,FSC技术是一种能够提供相转变动力学和热力学信息的高效工具,特别是应用于分析只能在快速扫描中得到的样品结构变化信息。同时我们希望本文能够帮助读者考虑超快扫描量热技术在其他材料研究上的应用,包括合金、药物、生物大分子等。     

高分子结晶和熔融行为的Flash DSC研究进展

近年来,作为常规示差扫描量热仪(DSC)技术的发展,商业化的快速扫描芯片量热技术(fast-scan chip-calorimeter,FSC)对推动高分子结晶学研究进展发挥了重要的作用.本文首先介绍了闪速示差扫描量热仪Flash DSC的研发历程及其对高分子结晶样品的测试技术,然后举例介绍了其在高分子结晶和熔融行为研究中的一些应用,包括总结晶动力学、晶体成核动力学、成核剂和填料对结晶的影响、共聚单元对结晶的影响、多重熔融峰的鉴定、折叠链片晶的不可逆和可逆熔化、以及极性大分子晶体的熔融等.Flash DSC极大地扩展了扫描温度速率范围,使得其研究的时间窗口能与实际高分子材料加工过程和计算机分子模拟的时间窗口相互匹配,所提供的综合信息有助于我们更好地理解高分子结晶、退火和熔融行为的微观机理.     

可降解聚合物药物膜的研究进展

综述了可生物降解聚合物药物膜的组成、制备方法及其药物释放行为的影响因素，为可生物降解聚合物药物膜的研究开发提供参考。     

高分子在氧化铝纳米孔道中受限结晶的研究进展

高分子材料在微纳米尺度常常表现出不同于本体的物理性质.对结晶性高分子来说,在纳米受限空间的成核机理、结晶结构和动力学特征都与本体材料有所不同.本文总结了近年来基于多孔氧化铝纳米模板(AAO)开展的高分子受限结晶的研究进展,重点介绍了本课题组的工作.研究发现,在AAO模板中,高分子结晶的过冷度大大增加,成核机理从本体的异相成核转变为均相成核或表面成核;高分子结晶结构通常表现为各向异性,动力学因素、热力学因素和界面性质均对取向结构有重要影响;受限情况下高分子结晶速率大大降低,表现出"成核控制"的动力学特征;空间受限使高分子结晶度降低,倾向于形成亚稳态晶型.最后,对该领域尚待解决的问题进行了展望.     

聚乳酸可降解材料结晶和熔融行为的研究

用DSC和XRD研究了聚乙二醇（PEG）用量、分子量和退火温度对PLA结晶和熔融行为的影响。结果表明PEG的加入有利提高PLA的结晶度和结晶温度;PLA／PEG样品在低于10022退火后均表现出双熔融峰特征,退火温度越高,样品的低熔融峰（Tm1）越高且熔融热焓也越高;PEG分子量越大,其低熔融峰的熔融热焓（△H1）越大...     

原子力显微镜研究高分子超薄膜结晶机理及功能化调控

近十年来,随着功能高分子单晶(含单层或寡层片晶)工程及应用研究的不断深入,除了纳米尺度结晶形貌的表征以外,多功能原子力显微镜还被用于研究分子结构、结晶条件和后处理条件对功能高分子晶体性能(电、热、光、磁等)的影响,进一步还可采用扫描探针加工技术(机械刻蚀、电致刻蚀和热致刻蚀等)对其性能进行调控以构筑功能化聚集态结构和微图案.另一方面,超薄膜中单层或寡层片晶可为研究高分子结晶提供合适的模型体系,与原子力显微镜相结合,不但可以原位、实空间、高分辨地研究高分子的成核与生长过程(生长形态演变和生长动力学),还可以用于研究亚稳态折叠链片晶厚度和形态随热处理温度与时间的演化,从而加深对片晶内有序差异、片晶增厚与熔融行为和自诱导成核的认识.     

Melt crystallized polyamide 6.6 and its copolymers, Part I. Melting point - Lamellar thickness relations in the homopolymer

The effect of isothermal crystallization temperature and time on the lamellar thickness and the melting behavior of polyamide 66 has been studied. Measurements were made of the melting temperature, crystallinity, and the long period. When calculated in the conventional direct manner, for samples crystallized isothermally, the calculated lamellar thickness was found to vary only from 2.4 to 3.2 nm over the entire range of conditions considered. When viewed in a non-critical fashion the polymer appears to conform to normal behavior including typical T_c vs. T_m behavior on a Hoffman-Weeks plot and apparent linearity in a Gibbs-Thompson plot. SAXS data indicates that there are only small changes in the lamellar thickness occurring over the entire crystallization range despite major changes in the melting point. Accordingly the Gibbs-Thompson plot shows major amounts of scatter, which are well beyond the experimental errors involved. The changes in melting temperature appear to be a result of changes in the structure of the fold surface on the basis of the conventional lamellar thickness analysis. In particular they appear to be due to changes in the character of the surface related to the hydrogen bonding and to the relative amounts of acid and amine segments present in the folds.When a more thorough analysis of the SAXS data are conducted, using a one dimensional correlation function approach, calculation of the crystal core thicknesses and “interfacial layer” thicknesses, a different picture emerges. In this case, the total lamellar thickness remains approximately constant at 2 repeat units in length with isothermal crystallization temperature, however, the core thickness increases with increasing crystallization temperature and time, from 1.5 to 2 repeat units in length, whereas the “interfacial layer” thickness is substantial at lower temperatures and times. When the core thickness is used in a Gibbs-Thompson plot the equilibrium melting temperature is found to be 303.7 °C (cf. 301 °C from solution grown crystals). However, the fold surface free energy is found to be 23.7 erg/cm² much lower than the value of 74.6 erg/cm² characteristic of solution grown crystals. Such a large discrepancy is believed to be a result of the highly polar solvents used in solution based studies generating the widely accepted “acid folds”. The difference may be because of a switch to folds containing six methylene groups from the diamine mer in the bulk case.Since the polymer is known to crystallize in the hexagonal state and reorganize during cooling to the regularly reported structure it is possible that the “interfacial thickness” is indeed a disordered surface layer within the crystalline lamella that originates from the precursor hexagonal phase during its formation, rather than the conventional disordered surface interpretation, applicable to polymers such as polyethylene. It is also possible that it is reflective of disorder induced in surface layers within the crystal due to the conformational changes occurring during this crystal-crystal transition. For these reasons, we prefer to refer to the “interfacial layer” obtained from SAXS calculations as an innerlayer.     

黑膜厚度与膜表面张力关系的研究

用微干涉测量技术直接测定楔压等温线,研究了电解质浓度对阳离子表面活性剂TTAB在浓度大于cmc时形成黑膜厚度的影响及膜表面张力与溶液表面张力之间的差别.结果显示,黑膜厚度取决于楔压和电解质浓度,随着楔压的增加,液膜厚度减少至一定程度后几乎保持不变,表明黑膜类型的转化是阶跃式的,而电解质屏蔽了液膜两个表面电荷层间的排斥作用,故电解质浓度增加,液膜厚度变小.由楔压等温线得出的膜表面张力的结果说明一般黑膜的表面张力与溶液的表面张力并无明显差别.     

熔体插层聚合物/粘土纳米复合材料

对国内外熔体插层法制备聚合物／粘土纳米复合材料(PCN)的研究进展进行了综述。介绍了影响PCN结构形态的各种因素；对熔体插层法制备PCN的热力学、动力学研究进行了总结；详细讨论了熔体插层的机理研究及理论模型。并对熔体插层法制备PCN提出了展望。