聚合物在氧化铝纳米受限空间中的晶相选择和晶型转变行为研究
利用氧化铝模板法制备纳米聚合物材料是最受欢迎的制备纳米材料方法之一。聚合物在氧化铝模板内的熔融及结晶行为与本体行为的区别已有广泛地报道，但是仍然存在很多开放的问题有待进一步的解决，如尺寸效应、界面效应以及曲率对聚合物结晶及熔融的不同影响规律。基于此，本课题选取了两种典型的多晶型聚合物——左旋聚乳酸(PLLA)和全同聚1-丁烯(iPB)，围绕聚合物在纳米受限空间内的晶相选择和晶型转变过程开展了系列工作，取得的重要结果如下: 首先，我们研究了纳米孔道对PLLA晶相选择行为的影响，PLLA的纳米形态对孔径尺寸具有比较强的依赖性:40-70nm和80-100nm孔径会形成纳米柱;160-200nm和200-300nm会形成纳米管。同时利用X射线衍射(XRD)和红外光谱(FTIR)对比了PLLA纳米结构和本体熔融重结晶行为的异同。发现，本体内结晶温度低于100℃形成α'晶型，而高于120℃度形成α晶;而PLLA在氧化铝模板内，重结晶温度为80℃形成α'和α共混的晶型，且随着氧化铝受限空间孔径的增大，α晶型的含量逐渐增加，α'晶型的含量逐渐降低。α晶型的形成是由于氧化铝模板内孔壁的界面诱导作用导致的。这使得PLLA在临近内壁处形成α晶，远离内壁处形成α'晶。α'晶相对于α晶的含量随着纳米管壁厚的增厚而增加，进一步证明α'和α晶以皮芯结构形态存在。随着纳米孔尺寸的减小，PLLA在受限空间内晶型转变温度升高，转变逐渐变难。 此外，我们研究了纳米孔道对iPB FomⅡ向FormⅠ晶型转变的影响。本体iPB熔融后，在25℃结晶时形成FomⅡ，在室温下长时间放置时缓慢转变为FormⅠ。而在纳米受限空间中，通过XRD和DSC结果得知FormⅡ向FormⅠ的晶型转变过程远慢于本体;当70％的FormⅡ转变为FormⅠ后，残余的FormⅡ几乎不再发生转变。FTIR则得到完全相反的现象，即在模板中重结晶后只观察到FormⅠ的结晶敏感谱带。不同仪器的表征结果可知iPB在氧化铝纳米受限空间内，FormⅡ向FormⅠ发生相转变过程中，晶格排列变化与分子链构象改变不具有同步性。在FormⅡ晶格排列不变的情况下，晶格内的FormⅡ分子链构象先转变为FormⅠ构象，随后晶格中的原子再非常缓慢的发生位置的变化，进而完全形成FormⅠ。这为进一步明确iPB FormⅡ向FormⅠ晶相转变的机理提供了实验依据。
纳米聚合物材料;氧化铝模板法;晶相选择;晶型转变;纳米受限空间
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
孙晓丽
2019
中文
TB324
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）