一种基底支撑聚合物薄膜黏流温度的测量方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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(Tf)。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。
[0003]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】
[0004]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。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—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:
[0007](I)将基底支撑聚合物薄膜加热至温度T并维持温度恒定；
[0008](2)将测试液体置于步骤(I)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;
[0009](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；
[0010](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(I)中所述聚合物薄膜的温度T作图，得到h?T关系曲线；
[0011]当步骤(I)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；
[0012]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Tf。
[0013]优选的，步骤(I)中所述聚合物薄膜的厚度为10?lOOOnm。
[OOM]优选的，步骤(I)中所述聚合物薄膜的厚度为50?500nm。
[0015]优选的，步骤(I)中所述聚合物薄膜中聚合物为线性聚合物。
[0016]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。
[0017]优选的，步骤(I)中所述聚合物薄膜的温度T为(Tg_15°C)?(Tg+150°C);所述TgS聚合物的玻璃化温度。
[0018]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。
[0019]优选的，所述离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐。
[0020]优选的，步骤(2)中所述液滴的直径为2?7_。
[0021]优选的，步骤(3)中所述冷却是采用冷却介质将所述聚合物薄膜冷却至室温；
[0022]所述冷却介质包括冰袋、液氮、干冰或低温金属板。
[0023]本发明提供了一种基底支撑聚合物薄膜黏流温度的测量方法，首先将基底支撑聚合物薄膜加热至温度T并维持温度恒定;然后将测试液体置于所述维持温度恒定的聚合物薄膜表面，形成液滴，并使液滴在薄膜表面放置一定时间。将聚合物薄膜冷却，除去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；以所述润湿脊的高度h对所述聚合物薄膜的温度T作图，得到h?T关系曲线，当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即为所述聚合物薄膜的黏流温度Tf。本发明提供的测量方法能够准确测定聚合物薄膜黏流温度，操作方法简单、成本低、适应性广。
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例1中PS薄膜表面润湿脊的形貌图；
[0025]图2为本发明实施例1中PS薄膜表面润湿脊形貌的横截面图；
[0026]图3为本发明实施例1中PS薄膜表面润湿脊的高度h与PS薄膜的温度T的h?T关系图；
[0027]图4为本发明实施例2中PS薄膜表面润湿脊的高度h与PS薄膜的温度T的h?T关系图；
[0028]图5为本发明实施例3中PS薄膜表面润湿脊的高度h与PS薄膜的温度T的h?T关系图；
[0029]图6为本发明实施例4中PS薄膜表面润湿脊的高度h与PS薄膜的温度T的h?T关系图；
[0030]图7利用本发明测量方法测得本发明实施例4中PS薄膜的黏流温度及文献值与PS重均分子量的关系图；
[0031]图8为本发明实施例5中PS薄膜表面润湿脊的高度h与PS薄膜的温度T的h?T关系图。
【具体实施方式】
[0032]本发明提供了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:
[0033](I)将基底支撑聚合物薄膜加热至温度T并维持温度恒定；
[0034](2)将测试液体置于步骤(I)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放置时间t;
[0035](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；
[0036](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(I)中所述聚合物薄膜的温度T作图，得到h?T关系曲线；
[0037]当步骤(I)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；
[0038]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Tf。
[0039]本发明对于测定对象没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的基底支撑聚合物薄膜即可。在本发明中，所述聚合物薄膜的厚度优选为10?lOOOnm，更优选为50?500nmo
[0040]在本发明中，所述聚合物薄膜中聚合物优选为线性聚