氟化端基標(biāo)記法研究聚甲基丙烯酸甲酯薄膜分子鏈擴(kuò)散行為.pdf

1、隨著納米材料的快速發(fā)展，納米尺度的聚合物薄膜在光電材料、超薄涂層以及分離膜等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。聚合物薄膜分子鏈的擴(kuò)散行為影響材料的界面粘附性以及黏彈性等諸多性能，對(duì)聚合物薄膜材料的實(shí)際使用有至關(guān)重要的作用。研究聚合物薄膜分子鏈擴(kuò)散行為，不僅可對(duì)聚合物納米材料性能調(diào)控提供理論指導(dǎo)，而且對(duì)于澄清空間受限聚合物分子動(dòng)力學(xué)的微觀機(jī)制具有重要理論意義。
　　近年來(lái)，隨著本課題組對(duì)含氟聚合物研究的深入，發(fā)現(xiàn)氟化端基標(biāo)記法可以作為聚合物分子

2、鏈運(yùn)動(dòng)行為的研究手段。本論文利用氟化基團(tuán)標(biāo)記聚甲基丙烯酸甲酯分子鏈，構(gòu)建了下層為氟化端基標(biāo)記PMMA(Mn=4kg/mol)，上層為未標(biāo)記PMMA(Mn=60～570kg/mol)的雙層膜。利用接觸角、X射線光電子能譜(XPS)等手段監(jiān)測(cè)不同溫度下氟化端基標(biāo)記PMMA分子在上層薄膜內(nèi)的遷移時(shí)間，研究了PMMA薄膜的分子擴(kuò)散行為。探討了上層PMMA薄膜厚度、分子量以及溫度對(duì)標(biāo)記PMMA分子擴(kuò)散行為的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　(1)標(biāo)記P

3、MMA擴(kuò)散至上層膜表面所需要時(shí)間t*與上層膜厚度h關(guān)系符合菲克擴(kuò)散方程。通過(guò)兩者的關(guān)系（t*～h）可求得PMMA分子鏈的擴(kuò)散系數(shù)D。擴(kuò)散系數(shù)與文獻(xiàn)報(bào)道值基本一致，說(shuō)明氟化端基標(biāo)記法是研究聚合物擴(kuò)散行為的有效方法。
　　(2)標(biāo)記PMMA分子鏈擴(kuò)散系數(shù)依賴(lài)于上層膜厚度。當(dāng)上層PMMA薄膜的厚度小于某一臨界值hup*時(shí)，標(biāo)記PMMA分子鏈的擴(kuò)散系數(shù)隨上層薄膜厚度的降低而降低;當(dāng)薄膜厚度減小到另一臨界厚度hlow*時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)又趨于恒定

4、。PMMA分子鏈纏結(jié)分子量隨薄膜厚度的變化而變化可能是引起擴(kuò)散系數(shù)隨上層膜厚度改變而改變的主要原因。當(dāng)上層膜厚度小于上臨界厚度hup*時(shí)，薄膜的纏結(jié)分子量Me隨薄膜厚度降低而減小，導(dǎo)致PMMA分子鏈擴(kuò)散系數(shù)D降低;當(dāng)上層膜厚度降低到下臨界厚度hlow*時(shí)，薄膜的纏結(jié)分子量Mg不再隨著薄膜厚度的變化而變化，因而PMMA分子鏈的擴(kuò)散系數(shù)D又趨于恒定。
　　(3)當(dāng)上層膜厚度大于上臨界厚度hup*時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)D與上層膜分子量的關(guān)系為D～

5、M0.8;當(dāng)上層膜厚度小于下臨界厚度hlow*時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)D與上層膜分子量的關(guān)系為D～M0.4;當(dāng)上層膜厚度在hup*與hlow*之間時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)D與上層膜分子量的關(guān)系為D～M0.47(上層膜厚度為40nm)。隨著上層膜厚度的減小，擴(kuò)散系數(shù)的厚度依賴(lài)性逐漸減弱。此外，發(fā)現(xiàn)下臨界厚度hlow*基本不隨上層膜PMMA分子量的改變而改變。上臨界厚度hup*隨著上層膜分子量的增加而逐漸減小。hup*與上層PMMA分子鏈回轉(zhuǎn)半徑（Rg)呈現(xiàn)-0.