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近年来,聚合物性质在受限条件下(如超薄膜、嵌段共聚物或纳米复合材料)的异常变化成为一个研究热点。本文通过使用反射吸收红外法考察了聚对苯二甲酸乙二酯(PET)超薄膜的玻璃化转变和结晶行为。主要结果如下:
(1)使用原位反射吸收红外光谱测定了不同厚度PET超薄膜的玻璃化转变温度,结果显示,超薄膜的玻璃化转变温度具有明显的厚度依赖性,实验数据采用Keddie的高移动表面层模型拟合,得到很好的拟合结果。计算了PET超薄膜的构象能差△E,发现△E的厚度依赖性与Tg的厚度依赖性基本一致。PET超薄膜在退火过程中的松弛行为研究结果表明,松弛行为具有明显的厚度依赖性,较薄膜更不容易发生松弛。
(2)研究了PET超薄膜的结晶动力学。对于等温结晶,发现较薄的膜比厚膜具有较低的结晶速率,并且最大结晶度Tmax值随膜厚的减小而减小。用Avrami公式对实验结果进行拟合,发现Avrarni指数n随膜厚增加而增大。非等温结晶实验结果表明,随着膜厚的增加冷结晶开始温度向低温移动。等温和非等温实验结果均可用膜厚的受限作用来解释。
(3)基底的性质也对PET超薄膜的结晶动力学产生影响。用自组装膜处理基底后,超薄膜的半结晶时间τ1/2增加而Tmax减小,但其结晶动力学的厚度依赖性与未处理过基底的薄膜相似。
(4)结合透射和反射吸收红外光谱考察了PET超薄膜的取向,发现在超薄膜中PET分子主链倾向平行于基底取向。反射吸收红外光谱结果表明,在等温结晶过程中,PET分子链上苯环和羰基都倾向于更平行于基底取向,并且取向行为具有明显的厚度依赖性。