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本文主要从单体结晶和表面光接枝聚合两个方面研究了功能型单体丙烯酸锂(LiAA)在表面图案化领域的应用:一方面采用经过表面处理的玻璃和聚酯薄膜(PET)为基材,探讨了单体丙烯酸锂通过锂键作用形成图案化表面的规律,并初步研究了丙烯酸锂的晶相聚合,从一定程度上证明了通过晶体光聚合可实现大分子的图案化。另一方面,以二苯甲酮(BP)为光引发剂,分别以甲醇、甲醇/水混合物为溶剂,采用二步法沉淀接枝,研究了室温下LiAA在流延聚丙烯(CPP)膜表面的光接枝聚合规律,重点研究了锂键在接枝物成长过程中对表面形貌的影响,并初步探索了PAALi的光降解。
通过全反射红外光谱证实了锂键的存在;采用倒置显微镜和扫描电镜对结晶形貌进行表征,考察了结晶过程的影响因素并研究了锂键在结晶过程中的作用。结果显示,单体的晶体生长形貌在醇中显示为六角形,在水中低浓度时为六角形、高浓度时呈沟壑状;溶剂的浓度和基材的性质都会影响结晶形貌,在PET膜表面,随着低浓度LiAA水溶液中溶剂的挥发,可得到较为完善的晶型;压力和温度不会影响结晶形貌只会影响晶体聚集形态的大小。
采用8w低压汞灯,在20℃,氮气气氛中进行了LiAA的晶相聚合,利用傅立叶变换红外光谱分析证明了聚合物的存在。用倒置相差显微镜观察聚合物形貌,发现其保持了一定的小分子晶体形貌,从一定程度上证明了通过晶体聚合实现大分子图案化的可行性。研究了晶相聚合时间与转化率之间的关系:聚合时间延长,转化率增大,但由于固相聚合的局限性,反应时间长,转化率低。
在LiAA二步法沉淀光接枝聚合中,考察了时间、单体浓度、光强、水含量等对接枝效果的影响。结果显示,随着时间的延长,接枝量先增大后减小;短时间照射时,单体浓度增加有利于接枝率(Yg%)的增加,随照射时间延长,单体浓度为1mol/L时Yg%达到峰值而后下降;在8000uw/cm2之下,光强的增加有利于接枝;水的加入有利于接枝反应的进行,当水含量为10%的时候,接枝效果最好。采用扫描电镜观察接枝膜表面形貌,结果显示,甲醇为溶剂时,接枝稀疏处接枝物团簇成规则球冠,接枝密集处接枝链出现树枝状堆积,锂键对聚合物的生长方向有一定的引导作用;经过水处理后,由于锂键作用的消弱,原本团聚成蘑菇状的接枝链逐渐形成无规则的片状聚集。
CPP表面接枝的PAALi在较长光照时间下会发生降解,表现为接枝率减少和膜表面水接触角上升。30min后,接触角由62°上升为95°,全反射红外光谱显示PAALi的羰基峰消失,接枝的PAALi已经基本完成降解。