[发明专利]一种基底支撑聚合物薄膜黏流温度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种基底支撑聚合物薄膜黏流温度的 测量方法。

背景技术

聚合物的流变性能是指导聚合物材料成型加工的重要基础。黏流转变是聚 合物从高弹态往黏流态的转变过程，对应的温度为黏流温度(T_f)。黏流温度是 非晶态聚合物的重要性能参数，与材料的加工、成型密切相关，是非晶态高分 子发生黏性流动的起始温度，对应于热熔材料的最低加工温度。一般而言，聚 合物的成型温度应高于其黏流温度。同时，黏流温度与高分子链的运动行为密 切相关，温度高于黏流温度后，高分子链的松弛时间大大缩短，整个分子链能 够发生运动，产生不可逆形变，使聚合物的成型和加工变得容易。黏流温度受 聚合物分子量、分子结构、外力大小等因素影响。研究聚合物黏流温度与聚合 物结构、分子量等的关系对于构建聚合物凝聚态体系的结构模型及其分子运动 的物理图像也具有非常重要的意义。

聚合物薄膜被广泛应用于纳米材料领域。以聚合物薄膜作为载体，利用各 种微纳米加工技术，可在薄膜表面制备各种纳米图案化结构，进而制备有机光 电材料、微电子器件等纳米功能材料。显然，成型、加工条件对聚合物纳米材 料的性能具有重要影响。优化聚合物纳米材料成型工艺，需要对聚合物薄膜的 黏流温度等流变性能有深刻认识。由于受限效应，聚合物薄膜的流变行为偏离 于本体。研究发现，当聚合物薄膜厚度降低至几百纳米以下时，聚合物薄膜的 物理化学性质开始与其本体性质发生偏离；厚度越低，偏离的程度越大。例如， 研究发现聚合物薄膜黏度随聚合物薄膜厚度降低而减小；聚合物薄膜具有比本 体更强的流动能力，具有比本体更低的屈服应力。然而，传统的测量本体聚合 物流变性质的方法(如流变仪、静态力学分析仪)并不适用于纳米尺度聚合物 薄膜的研究。目前准确测量聚合物薄膜特别是基底支撑的聚合物薄膜的黏流温 度仍然是学界的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基底支撑聚合物薄膜黏流温度的测量方法，能 够准确的测定基底支撑聚合物薄膜的黏流温度。

本发明的技术方案如下：

一种基底支撑聚合物薄膜黏流温度的测量方法，包括以下步骤：

(1)将基底支撑聚合物薄膜加热至温度T并维持温度恒定；

(2)将测试液体置于步骤(1)所述维持温度恒定的聚合物薄膜表面，形 成液滴，记录液滴在聚合物薄膜表面的放置时间t；

(3)将步骤(2)中所述聚合物薄膜冷却，除去所述聚合物薄膜表面的液 滴，在所述除去液滴的聚合物薄膜表面的聚合物/液滴/空气三相线处形成润湿 脊，测量润湿脊的高度h；

(4)改变所述聚合物薄膜的加热温度T，测量液滴在不同温度聚合物表面 放置后所形成润湿脊的高度h；以步骤(3)中所述润湿脊的高度h对步骤(1) 中所述聚合物薄膜的温度T作图，得到h～T关系曲线；

当步骤(1)中所述聚合物薄膜中聚合物的重均分子量大于缠结分子量时， 所述h～T关系曲线包括玻璃化转变区、橡胶弹性平台区和黏性流动区；

将所述橡胶弹性平台区代表的直线向高温方向延伸，并将所述黏性流动区 代表的直线向低温方向延伸，两条直线相交时对应的温度为所述聚合物薄膜的 黏流温度T_f。

优选的，步骤(1)中所述聚合物薄膜的厚度为10～1000nm。

优选的，步骤(1)中所述聚合物薄膜的厚度为50～500nm。

优选的，步骤(1)中所述聚合物薄膜中聚合物为线性聚合物。

优选的，所述线性聚合物包括聚苯乙烯及其衍生物、甲基丙烯酸酯类聚合 物、聚乙烯基叔丁基醚、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚醋酸乙烯酯、聚苯醚、 聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、氟乙烯类聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯 二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚乳酸、尼龙、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚砜、 聚醚中的一种或几种的共混物，或几种的共聚物。

优选的，步骤(1)中所述聚合物薄膜的温度T为(T_g-15℃)～(T_g+150℃)； 所述T_g为聚合物的玻璃化温度。

优选的，步骤(2)中所述测试液体包括甘油、乙二醇、聚乙二醇齐聚物、 聚环氧乙烷齐聚物、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或离子液体。