高分子共混膜的干燥动力学与相分离结构研究

论文摘要

涂膜产品的质量与其干燥过程密不可分,涂膜过程中产生的各种缺陷都可能是由干燥方式或干燥条件不恰当所引起,因此研究干燥参数对高分子涂膜固化的影响具有重要意义。本文应用石英晶体微天平(QCM)与自制强制氮气对流干燥装置相结合,研究了不同共混比的聚苯乙烯(PS)/聚碳酸酯(PC)共混物的二氯甲烷铸膜液在不同热氮气流速和温度下的干燥动力学,并应用蠕变传递模型关联了干燥动力学实验数据。研究结果表明：高分子共混物的共混比例对干燥速率有较大影响。由于PC链段间能形成氢键,导致PC链段微区较易结晶,对溶剂小分子的扩散有一定的阻碍作用。因此,关联所得到的溶剂在高分子共混膜中的无限稀释扩散系数随着PC含量的增加而下降。不同干燥参数下的共混物涂膜干燥动力学会产生不同的相分离结构,合理的相分离结构有利于溶剂分子在膜中的传递。本文还应用原子力显微镜(AFM)观察了不同共混比的聚苯乙烯(PS)/聚碳酸酯(PC)共混物的二氯甲烷铸膜液与聚苯乙烯(PS)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混物的四氢呋喃铸膜液在不同热氮气流速和温度下纳米尺度的相分离结构。研究结果表明：溶剂蒸发诱导的相分离使薄膜形成柱状通道式的相分离结构,这种通道式的结构有利于溶剂分子在其中传递。在共混物组成比例相差不大时,升高干燥温度能使其相分离结构尺寸变大,组成比例相差较大时则温度的影响不大。相容性较差的共混物中相分离结构受气流影响较大。其中溶解度较大的一相在相分离过程中易占据薄膜的上层,当处于膜上层一相的组成比例较小时,其表面分布、排列与气流的方向性有关,而在组成比例较高时,易在膜表面产生结皮现象,将不利于溶剂在其中的传递。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 涂料简介
• 1.1.1 涂料的分类
• 1.1.2 涂料的干燥过程
• 1.1.3 干燥方式
• 1.1.4 干燥缺陷
• 1.2 高分子涂膜的干燥动力学
• 1.2.1 溶剂的去除
• 1.2.2 扩散现象与扩散系数
• 1.3 高分子膜干燥的研究现状
• 1.3.1 对高分子膜干燥特性研究
• 1.3.2 高分子膜干燥过程的模型化研究
• 1.3.3 对扩散系数进行模型化研究
• 1.3.4 干燥设备与干燥方式
• 1.3.5 干燥参数对干燥过程的影响
• 1.3.6 对干燥缺陷进行研究
• 1.4 高分子共混膜干燥相分离
• 1.4.1 相分离的机理
• 1.4.2 高分子共混膜相分离研究现状
• 1.5 原子力显微镜与石英晶体微天平介绍
• 1.5.1 原子力显微镜介绍
• 1.5.2 石英晶体微天平介绍
• 1.6 课题的提出及研究意义
• 第2章 实验装置与实验方法
• 2.1 自制强制氮气对流干燥装置
• 2.2 干燥动力学实验
• 2.2.1 仪器
• 2.2.2 试剂
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 原子力显微镜制膜与扫描实验
• 2.3.1 仪器
• 2.3.2 试剂
• 2.3.3 共混膜的制备
• 2.3.4 原子力显微镜扫描
• 第3章 高分子膜干燥动力学
• 3.1 干燥动力学曲线的测定
• 3.2 涂膜干燥模型的建立
• 3.2.1 涂膜干燥的理论基础
• 3.2.2 在此模型中需要注意的几点
• 3.3 关联结果与讨论
• 3.3.1 溶剂的扩散行为
• 3.3.2 气流温度、气流速率与组成比例对干燥动力学过程的影响
• 0与溶剂聚合物相互作用参数g'>3.3.3 无限稀释扩散系数D₀与溶剂聚合物相互作用参数g
• 3.4 结论
• 第4章 高分子共混膜的相分离结构研究
• 4.1 对PS/PC高分子共混膜干燥AFM图的分析
• 4.1.1 组成比例对PS/PC高分子共混膜相分离结构的影响
• 4.1.2 温度对PS/PC高分子共混膜相分离结构的影响
• 4.1.3 气流对PS/PC高分子共混膜相分离结构的影响
• 4.1.4 温度、气流、组成对PS/PC高分子共混膜相分离结构的共同作用
• 4.2 对PS/PMMA高分子共混膜干燥AFM图的分析
• 4.2.1 组成比例对PS/PMMA高分子共混膜相分离结构的影响
• 4.2.2 温度对PS/PMMA高分子共混膜相分离结构的影响
• 4.2.3 气流对PS/PMMA高分子共混膜相分离结构的影响
• 4.3 溶剂对高分子共混膜相分离结构的影响
• 4.4 相分离结构对溶剂传递的影响
• 4.5 PS/PC共混体系与PS/PMMA共混体系相比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 全文总结
• 参考文献
• 致谢