含乙烯基的酯類聚合物薄膜表面結(jié)構及形成機理的研究.pdf

1、聚合物薄膜廣泛應用于涂層、密封、粘合劑、微電子器件等多個領域，而其表面性質(zhì)在應用中往往起著非常重要的作用。聚合物薄膜的表面性質(zhì)是由其表面結(jié)構所決定的。研究聚合物薄膜表面結(jié)構的形成過程和機理對聚合物薄膜表面結(jié)構的設計以及性能的調(diào)控有著重要的指導意義。
　　本文借助于具有獨特界面敏感性的和頻振動光譜(SFG，sum frequency generationvibrational spectroscopy)從分子層面研究乙烯酯類聚合物薄

2、膜表面結(jié)構的形成以及影響因素，探討聚合物溶液的固化機理，并與其氣/液界面的聚集行為進行關聯(lián)，得到了以下結(jié)論:
　　(1)研究了聚醋酸乙烯酯(PVAc)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在氣/液界的聚集行為。對于PVAc，在表面壓為0 mN/m時，側(cè)鏈上甲基無序的分布在界面處，壓縮過程中，甲基逐漸排列有序，取向角從62°減小到37°，即壓縮過程使得甲基從平行于界面的“平躺”構象轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪庇诮缑娴摹爸绷ⅰ睒嬒?。對于PMMA，當表面壓為0.

3、8mN/m時，酯甲基在界面處形成有序的結(jié)構，而進一步壓縮并不能改變其取向角。酯基側(cè)鏈結(jié)構的不同是產(chǎn)生上述差異的原因:PVAc側(cè)鏈上的羰基與水分子形成氫鍵，使得與羰基直接相連的甲基被“固定”在界面處，故而需要壓縮至表面壓較高時才可以形成有序排列。而PMMA側(cè)鏈上的酯甲基與羰基之間有氧原子間隔，具有更好的自由度，可以在表面壓較低時就形成有序排列。
　　(2)研究了PVAc澆鑄膜和旋涂表面的結(jié)構和性質(zhì)。當溶液濃度為0.5wt％時，PVA

4、c澆鑄膜表面SFG譜圖中-CH3振動峰的強度較強，甲基排列有序，表面層分子鏈接近其平衡態(tài)構象，薄膜表面水接觸角較高，薄膜表面相對疏水。隨著溶液濃度的增加，-CH3振動峰的強度減弱，甲基在表面排列的有序性下降，表面變得相對親水。對于PVAc旋涂膜也有類似的規(guī)律:成膜溶液濃度較低，PVAc旋涂膜表面甲基排列有序，薄膜表面相對疏水。成膜濃度增加，旋涂膜表面甲基的有序性下降，水接觸角降低，表現(xiàn)為相對親水。此外，旋涂轉(zhuǎn)速對薄膜表面結(jié)構也有影響，轉(zhuǎn)

5、速越低，甲基排列越有序，薄膜越疏水。
　　(3) PVAc和PMMA澆鑄膜表面結(jié)構表現(xiàn)出不同的濃度依賴性。PVAc澆鑄膜表現(xiàn)出隨著成膜溶液濃度增加，薄膜表面甲基有序性降低，表面層分子越偏離其平衡態(tài)構象，薄膜表面越親水的趨勢。對于PMMA而言，成膜溶液濃度越高，其澆鑄膜表面主鏈亞甲基排列越有序，分子鏈更接近其平衡態(tài)構象，薄膜表面更疏水。上述差異的產(chǎn)生是由于成膜溶液濃度的增加，分子鏈間距離減小，分子鏈相互交疊，貫穿，使得帶有極性基團的