氢键驱动相容共混物PVPh/PEO的玻璃化转变行为及其微观机理的研究

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本文采用普通DSC和近年来发展起来的多频温度调制DSC(TOPEM)新技术,结合固体核磁共振(NMR)和傅里叶红外光谱(FTIR)技术对氢键驱动相容共混物PVPh/PEO中玻璃化转变行为及空间与动力学非均一性的PEO分子量依赖性进行了系统的研究。进而对共混物的玻璃化转变行为的本质提供新的认识。   通过DSC和TOEPM实验首次发现在该共混物中,玻璃化转变温度Tg与活化能E都强烈依赖于PEO分子量,且存在一个从快速增长转变为慢速增长的转变分子量。采用Kwei方程拟合方法和傅里叶红外光谱研究了共混物中的链间氢键相互作用,发现链间相互作用随着PEO分子量的增加而下降,表明共混物的相容性在下降。通过TOPEM技术进一步研究了共混物的结构和动力学非均一性,从频率依赖的复合热容曲线中计算出玻璃化转变的活化能E、脆性参数m以及非指数因子βKWW,采用Donth的动力学波动方程获得了共混物玻璃化转变的协同重排尺寸ξcrr。实验结果发现每一个玻璃化转变的动力学参数都具有单调的PEO分子量依赖性,表明在该共混物中氢键相互作用是控制空间与动力学非均匀性的关键因素。   通过一系列先进的固体核磁共振技术,研究了氢键驱动相容的PVPh/PEO共混物中组分相容性、相区尺寸、界面相和链段动力学的PEO分子量依赖性。通过质子弛豫时间和白旋扩散实验研究了不同Tg的共混物的微相结构,结果表明,共混物的玻璃化转变行为与共混物的微相分离结构紧密相关。通过分离局域场的PISEMA实验和只检测中心谱带的交换谱CODEX实验我们研究了共混物的分子动力学行为。发现PEO与PVPh的侧链有PEO分子量依赖的协同运动,在低分子量时协同运动最大,共混物具有最小的Tg。   采用连续升温过程的红外光谱,研究PVPh/PEO共混物的玻璃化转变的微观过程和氢键相互作用随温度的演化,发现在共混物玻璃化转变过程中,各组分的链段依次开始运动,存在动态非均匀性。另外,我们研究了红外热分析谱的氢键吸收谱带随温度的变化。在高温区域发现了一个新的转变,可归属于PVPh中强的多重氢键的解离。这个转变在普通的DSC表征中并没有被观察到。   综上所述,我们通过调控PVPh/PEO共混物中组分PEO的分子量,首次发现共混物的空间与动力学非均一性的演化与共混物微相分离结构的变化密切相关,为我们理解高分子的玻璃化转变本质提供了新的认识。  
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