溶剂诱导嵌段共聚物PS-b-PEO方形片层的形貌转变-论文.pdf

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1、第28卷第2期分子科学学报Vo1．28NO．22012年4月J0URNAL0FMOLECULARSCIENCEApril2012[文章编号]1000—9035(2012)02—0109—06溶剂诱导嵌段共聚物PS-b-PEO方形片层的形貌转变毛虎，李宏飞，蒋世春(1．天津大学材料科学与工程学院，天津3000722．中国科学院长春应用化学研究所，高分子物理与化学国家重点实验室，吉林长春130022)[摘要]嵌段共聚物聚苯乙烯一b一聚氧化乙烯(PS—b—PE0)甲苯溶液在室温下陈化2个月可形成中间是PEO单晶上下表面为PS具有“三明治”结构的方形片层，并且既能形成单层方形片层，也能形成多层方形片

2、层．采用透射电子显微镜手段观察了这种结构在不同水含量的水／甲苯混合溶剂蒸汽诱导后形成的结构形貌．结果证明在甲苯和水蒸汽中，方形片层结构均能稳定存在，不能进行结构重构；而随着混合蒸汽中水含量的增加，单晶溶解、消失，在甲苯和水的共同作用下，可通过结构重构形成新的垂直或平行于表面的柱状相结构．[关键词]PS—b—PEO嵌段共聚物；方形片层结构；溶剂诱导；结构重构[中图分类号]0626[学科代码]150·20[文献标识码]A0引言结晶性嵌段共聚物中至少含有一种结晶组分，由于微相分离和结晶使得其相行为变得更加复杂．因此，近年来，半结晶性嵌段共聚物的研究越来越引起人们的关注r1_3]．结晶性嵌段共聚物的

3、结构形貌依赖于链段间的分离强度、非晶段的玻璃化转变温度、结晶段的结晶温度以及有序一无序转变温度等因素[4]．两嵌段共聚物在选择性溶剂中通常形成胶束结构，如果选择性溶剂对于胶束外壳是良溶剂且胶束核心可结晶则易形成结晶性胶束[5]．研究发现，这类结晶性胶束有薄片层状、球形和柱状等胶束结构_5，其中研究较多的是薄片层状胶束．Lotz等人1966年报道了PS_b—PEO在甲苯稀溶液中形成的方形薄片层结构]，发现其结晶结构与PEO均聚物的单晶结构相同；Gast等在PS-b—PEO的环戊烷溶液中得到了具有“三明治”结构、大而稳定的结晶片层n；Chen等人认为单晶的边角位置可以作为均聚物PEO的结晶增长的

4、成核位点口．最近，Mihut等人报道了聚丁二烯一b一聚氧化乙烯(Polybutadiene—b—Poly(ethyleneoxide))正庚烷溶液在一30℃时可以形成以结晶PEO为核的球形胶束[】，而在更低的温度下，则形成以结晶PEO为核的硬棒状胶束．利用选择性溶剂饱和蒸汽诱导(溶剂退火)是有效调节聚合物结构和表面形貌的手段之一[1¨]．迄今为止，结晶性嵌段共聚物在选择性溶剂中形成的薄片层结构、球形或柱状胶束结构在溶剂退火条件下的形貌变化研究的还比较少．为了了解溶剂退火对结晶嵌段共聚物结构形貌的影响，我们研究了嵌段聚合物PS—b—PEO在甲苯溶液中形成的方形片层结构在水／甲苯混合溶剂诱导下的

5、结构形貌转变．收稿日期：2011—12一O2基金项目：国家自然科学基金资助项目(20974077；51173130)．联系人简介：李宏飞(1976一)，女，博士，副研究员，主要从事嵌段共聚物自组装的研究；蒋世春(1968一)，男，博士，教授，主要从事高分子化学与物理研究．E-mail：hfli@ciac．j1．crl；ssjiang@cias．j1．cn．110分子科学学报第28卷1实验部分1．1原料PS-b—PEO购于PolyScience公司并直接使用；其中，MrPE(]一12500，MrPs一14000，相对分子质量分布为1．09；甲苯购于国药集团化学试剂有限公司．单晶硅片为北京有研半

6、导体材料股份公司硅分厂产品．1．2实验仪器KW一4A型台式匀胶机为中国科学院微电子中心研究部产品．JEM一1011型透射电子显微镜(TransmissionElectronMicroscopy)是日本JEOL公司生产产品，加速电压是100kV．原子力显微镜表征，采用的是日本精工仪器公司的原子力显微镜(AtomicForceMicroscopy，SPA300HV／SPI3800N，SeikoInstrumentsInc．，Japan)，在敲击模式(Tappingmode)下进行观测．扫描探针使用硅悬臂(弹性系数是3N／M，共振频率是～70JKz，OlympusCo．，Japan)并且具有刻蚀的

7、尖锐的针尖．偏光显微镜(Po—larizingOpticalMicroscopy)使用的德国Zeiss的产品，采用反射偏光模式观察聚合物薄膜表面形貌．1．3样品制备溶液配制：在40C～6O。C的水浴中将PS—b—PEO溶解于甲苯中，得到溶液浓度为2g／L的澄清溶液，然后在室温下静置2个月．透射电镜样品制备：将上述溶液滴到铜网上，待样品干燥后，再置于不同比例水／甲苯(在密闭的容器底部加入少量不同比例的水和甲苯，