基于超快速扫描量热技术的结晶 - 无定形型嵌段共聚物微观热行为解析.docxVIP

基于超快速扫描量热技术的结晶-无定形型嵌段共聚物微观热行为解析

一、引言

1.1研究背景与意义

在高分子材料科学领域，结晶-无定形型嵌段共聚物由于其独特的微观结构和性能，成为了研究的热点之一。这类共聚物由结晶性链段和无定形链段通过共价键连接而成，兼具结晶聚合物和无定形聚合物的特性，从而展现出许多优异的性能，如良好的机械性能、热稳定性、加工性能以及独特的自组装行为等，在生物医药、纳米技术、材料科学等众多领域具有广泛的应用前景。

在生物医药领域，结晶-无定形型嵌段共聚物可用作药物载体。其结晶部分可提供机械稳定性和可控的药物释放速率，无定形部分则可增强材料的溶解性和生物相容性，有助于药物在体内的输送和释放，提高药物的疗效并降低副作用。在纳米技术领域，它们能够自组装形成各种纳米结构，如胶束、囊泡等，可用于制备纳米复合材料、纳米传感器等，为纳米技术的发展提供了新的材料选择和制备方法。在材料科学领域，通过调节结晶和无定形链段的比例、长度和结构，可以设计和制备出具有特定性能的材料，满足不同工程应用的需求，如高性能的热塑性弹性体、形状记忆材料等。

然而，结晶-无定形型嵌段共聚物的性能与其成核结晶动力学及熔融重组过程密切相关。成核结晶过程决定了晶体的尺寸、形态和分布，进而影响材料的力学性能、热性能等；熔融重组过程则涉及到晶体的熔化和再结晶，对材料在加工过程中的性能变化以及最终产品的性能有着重要影响。因此，深入研究结晶-无定形型嵌段共聚物的成核结晶动力学及熔融重组过程，对于理解其结构与性能的关系、优化材料性能以及开发新型材料具有至关重要的意义。

传统的研究方法，如差示扫描量热法（DSC），虽然在高分子材料的热分析中得到了广泛应用，但由于其扫描速率相对较低，在研究结晶-无定形型嵌段共聚物的快速结晶和熔融过程时存在一定的局限性。普通DSC一般只能研究半结晶时间在100s及以上数量级的结晶过程，在等温结晶动力学研究中，需要较长时间才能达到所需控制温度，相转变行为可能在到达等温结晶温度或仪器稳态之前就已开始，且其最快降温速率一般无法抑制较快的样品结晶，可进行等温结晶的研究温度范围局限于较低结晶过冷度区域。

超快速扫描量热技术的出现，为研究结晶-无定形型嵌段共聚物的成核结晶动力学及熔融重组过程提供了有力的工具。该技术具有高达每秒百万次级别的扫描速率（最高达1,000,000K/s）以及精准的温度控制能力，能够在毫秒级时间分辨率下捕捉材料在快速热处理过程中的瞬态热响应。超快速扫描量热技术可以抑制高分子样品在升降温过程中的结晶成核，避免对之后的结晶动力学测试产生影响，将高分子结晶动力学的研究温度区间延伸至具有较大过冷度的低温区，使我们能够更深入地探究结晶-无定形型嵌段共聚物在极端条件下的成核结晶和熔融行为，从而加深对其结晶机理和熔融过程的理解，为材料的设计、制备和应用提供更坚实的理论基础。

例如，通过超快速扫描量热技术，可以研究在极快降温速率下结晶-无定形型嵌段共聚物的成核方式和晶体生长速率，揭示结晶过程中的动力学限制因素；在研究熔融重组过程时，可以精确控制升温速率和温度，观察晶体在不同条件下的熔融和再结晶行为，分析熔融峰的变化以及再结晶过程中晶体结构的演变。这些研究结果对于优化材料的加工工艺、提高材料性能具有重要的指导意义，能够帮助我们更好地设计和制备具有特定性能的结晶-无定形型嵌段共聚物材料，推动其在各个领域的广泛应用。

1.2国内外研究现状

在超快速扫描量热技术的发展历程中，国外起步相对较早。20世纪90年代，瑞士苏黎世联邦理工学院的Widmer等科研人员首次提出了超快速扫描量热的概念，并研发出早期的超快速扫描量热仪，其扫描速率可达到1000K/s，这一突破为后续研究提供了新的思路和方法。随后，德国耐驰公司对该技术进行了深入研究和改进，于2007年推出了商业化的超快速扫描量热仪FlashDSC1，将扫描速率进一步提高到了1,000,000K/s，并具备高精度的温度控制和高灵敏度的热流检测能力，使得超快速扫描量热技术能够更广泛地应用于材料研究领域。

在超快速扫描量热技术应用于高分子材料结晶熔融行为的研究方面，国外取得了一系列重要成果。美国康奈尔大学的Kumar等学者利用超快速扫描量热技术研究了聚对苯二甲酸乙二酯（PET）的结晶动力学，发现随着降温速率的增加，PET的结晶温度降低，结晶速率加快，并且在高过冷度下观察到了新的结晶机制。德国马普聚合物研究所的Müller等科研人员运用超快速扫描量热技术研究了聚乙烯（PE）的熔融再结晶过程，揭示了升温速率和退火时间对PE晶体熔融和再结晶行为的影响规律，发现快速升温可以抑制晶体的再结晶，而适当的退火处理则