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固—液界面处聚合物高分子层的粘弹性及固化研究

王萍  
【摘要】: 高分子聚合物溶液的粘弹性质在许多领域都有广泛的应用。关于聚合物溶液在不同浓度范围内行为的研究,长期以来都得到了广泛的关注,至今仍在理论和实验研究领域引起广泛重视。高分子聚合物溶液的粘弹性会受到界面存在的影响,由于聚合物分子之间的相互作用和分子跟界面的作用,使得界面处的溶液性质与体溶液中不同。本论文的主要内容是对固-液界面处的高分子聚合物溶液吸附层的粘弹性质的研究。具体的研究方法系采用石英晶体振荡器技术(Quartz Crystal Resonator, QCR),测量不同分子量和不同分子构型的聚合物在界面吸附层的粘性和剪切模量,并比较其与体溶液中粘弹性的异同。 本研究工作的主要创新点在于: 1.使用石英晶体振荡器技术研究了不同分子量不同分子构型的PEG溶液在界面处的粘弹性质。这一技术可以探测到固体表面穿透深度范围内,即界面处溶液的力学性质。我们研究了两种不同的表面一有化学修饰(SH-PEG)的金表面和没有化学修饰的金表面一对于同种PEG溶液在界面处性质的影响。结果表明,有无化学修饰,对于界面范围内的PEG溶液的力学性质影响不大。 2.测量了不同分子量不同分子构型的PEG溶液在界面处的粘度和剪切模量。基于石英晶体谐振器的谐振频率变化和耗散因子变化,计算的粘度和剪切模量的值表明,界面处溶液粘度和剪切模量的值均随着溶液浓度的增大而增大,并且在亚浓浓度附近迅速增大。界面层粘度会随着PEG分子量的增加呈指数递增,当PEG分子量较小时,界面层粘度与体溶液中相同;当PEG分子量较大时,界面层粘度在相同浓度下恒小于体溶液中粘度。界面层剪切模量的规律不同于粘度规律,当溶液分子量较小时,剪切模量在整个浓度范围内都近似于零;当溶液中分子量变大时,剪切模量出现并且在亚浓浓度之上迅速增加。这表明在穿透深度范围内,当溶液分子量较小时,界面层的粘弹性与体溶液中没有区别;但是当溶液分子量较大时,界面层的粘弹性与体溶液中有很明显的差别。 3.当分子量相同时,链状PEG分子在界面层的粘度和剪切模量大于枝状PEG分子。这说明决定界面层粘度随分子量变化的主要因素是分子的回旋半径。 4.这些结论可以解释为,由于PEG溶液在界面层密度的增加,有部分PEG分子固化了,因此也伴随着剪切模量的出现和粘度相对于体溶液中变小。经过亚浓浓度标度化后的溶液浓度,与一些文献上的结论相比较说明,界面层密度相对于体溶液中密度的增加是真实的。


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