CN110962267A - 一种聚合物玻璃的制备方法 - Google Patents

一种聚合物玻璃的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110962267A
CN110962267A CN201910999194.3A CN201910999194A CN110962267A CN 110962267 A CN110962267 A CN 110962267A CN 201910999194 A CN201910999194 A CN 201910999194A CN 110962267 A CN110962267 A CN 110962267A
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass
polymer
polymer glass
substrate
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910999194.3A
Other languages
English (en)
Inventor
侯天昊
杨京法
赵江
王文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Chemistry CAS
Institute of Acoustics CAS
Original Assignee
Institute of Chemistry CAS
Institute of Acoustics CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Chemistry CAS, Institute of Acoustics CAS filed Critical Institute of Chemistry CAS
Priority to CN201910999194.3A priority Critical patent/CN110962267A/zh
Publication of CN110962267A publication Critical patent/CN110962267A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C41/00—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor
    • B29C41/02—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C41/12—Spreading-out the material on a substrate, e.g. on the surface of a liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C71/00—After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor
    • B29C71/02—Thermal after-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C71/00—After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor
    • B29C71/02—Thermal after-treatment
    • B29C2071/022—Annealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C71/00—After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor
    • B29C71/02—Thermal after-treatment
    • B29C2071/025—Quenching, i.e. rapid cooling of an object
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2025/00—Use of polymers of vinyl-aromatic compounds or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2025/04—Polymers of styrene
    • B29K2025/06—PS, i.e. polystyrene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2007/00—Flat articles, e.g. films or sheets
    • B29L2007/002—Panels; Plates; Sheets

Abstract

本发明涉及一种聚合物玻璃的制备方法，包括如下步骤：1)将聚合物玻璃加热至其完全液化；2)将聚合物玻璃液化后得到的液体均匀涂覆于一基板上；3)将基板置于超声装置上，将超声装置放入恒温退火装置中，将温度调至设定温度，在设定温度保温预定时间，在保温的同时对基板进行超声处理；4)到达预定时间后，将基板放置于淬火装置中进行淬火；5)将基板与聚合物玻璃分离，得到高热稳定性的聚合物玻璃。本发明的制备工艺相比于物理气相沉积工艺，方法简单，易于操作，成本低廉，所需时间较短，大大节省必要的劳动时间，能够突破气相沉积的限制，生产较大面积的超稳定玻璃。

Description

一种聚合物玻璃的制备方法
技术领域
本发明是关于一种聚合物玻璃的制备方法，属于玻璃制备领域。
背景技术
聚合物玻璃为在不同温度段具有不同特性的非晶态固体材料，其主要包括非晶态的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗称有机玻璃)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、共聚烯烃(APO)、聚4一甲基-1一戊烯等聚合物及其共混物。聚合物玻璃广泛用于纳米涂层，光刻技术，汽车涂料；由于其相对密度小，易成型、易加工、易染色、抗冲击不易碎等优点，聚合物玻璃还广泛用于交通运输工具的窗玻璃，仪器仪表面板，照明及显示，安全头盔及镜片，文教及医疗器具等领域。但由于聚合物玻璃是有机物故其也具有耐热性差，易老化等特点。当温度升高至某一温度后，聚合物玻璃迅速软化，其原本的力学性质如弹性模量、黏度等会发生急剧变化，从而使聚合物发生变形或流动，导致其无法使用。
目前，为了得到热稳定性高的聚合物玻璃通常采用气相沉积法制备聚合物玻璃。例如，2007年，美国科学家MarkEdiger通过物理气相沉积法制备小分子三硝基苯(TNB)和吲哚美辛(IMC)玻璃，获取了高密度、低焓、高动力学稳定性、玻璃化转变温度比常规制备的玻璃要高出约40℃的超稳定玻璃。2012年，人们获取了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)高动力学稳定性的聚合物玻璃。美国专利US8329218B2公开了一种气相沉积方法，该方法克服了传统气相沉积和液体冷却技术的动态限制，制备出一种稳定性显著增强的由无定型分子组成的玻璃。但气相沉积法对制备装置要求高，需要较高的真空度，且其工艺复杂，生产效率低，不利于工业化生产。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种简单、易行的聚合物玻璃制备方法，该方法可以制造出热稳定性与气相沉积法相当的聚合物玻璃，但制备工艺大大简化，易于工业生产。
为实现上述目的，本发明提供了一种聚合物玻璃制备方法，包括如下步骤：1)将聚合物玻璃液化；2)将所述聚合物玻璃液化后得到的液体均匀涂覆于一基板上；3)将基板置于超声装置上，将超声装置放入恒温退火装置中，将温度调至设定温度，在所述设定温度保温预定时间，在保温的同时对所述基板进行超声处理；4)到达预定时间后，将所述基板放置于淬火装置中进行淬火，得到高热稳定性的聚合物玻璃。
进一步，所述超声波装置包括依次连接的信号发生器、功率放大器、用于将所述功率放大器的信号等分成两路的功率分配器和超声换能器。
进一步，所述功率分配器的两分路信号的相位差小于2°，功率相差小于5％。
进一步，所述超声换能器采用体声波换能器和/或表面波换能器，所述超声换能器能够实现行波和驻波的激发。
进一步，所述聚合物玻璃为聚苯乙烯玻璃。
进一步，所述聚合物玻璃液化后得到的液体通过旋涂或者蒸发的方式涂覆于基板上，所述聚合物玻璃厚度为10-30nm。
进一步，所述设定温度高于聚合物的玻璃化温度，预定时间不小于20分钟。
进一步，所述步骤4)中淬火后温度低于聚合物的玻璃化温度。
进一步，所述步骤4)中淬火过程的冷却速率大于10K/s。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、相对于相同化学组成的聚合物，本发明能够将常规的聚合物分子在熔融态进行重排，其构象处于更低的能量状态，从分子构象上形成更稳定的玻璃材料。2、本发明的制备工艺相比于物理气相沉积工艺，方法简单，易于操作，成本低廉，所需时间较短，大大节省必要的劳动时间，能够突破气相沉积的限制，生产较大面积的超稳定玻璃。3、按照本发明中方法制得的超稳定玻璃，具有较高的热稳定性。
附图说明
图1是不同相态的聚合物的势能景观图(potential energy landscape)；
图2是本发明一实施例中制备的聚苯乙烯玻璃的热膨胀曲线。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
本实施例公开了一种聚合物玻璃制备方法，包括如下步骤：
1)将聚合物玻璃液化；
2)将聚合物玻璃液化后得到的液体均匀涂覆于一基板上；
3)将基板置于超声装置上，将超声装置放入恒温退火装置中，将温度调至设定温度，在设定温度，保温预定时长，在保温的同时对基板进行超声处理；
4)到达预定时间后，将基板放置于淬火装置中进行淬火，得到高热稳定性的聚合物玻璃。相对于相同化学组成的聚合物，本实施例能够将常规的聚合物分子在熔融态进行重排，其构象处于更低的能量状态，从分子构象上形成更稳定的玻璃材料。本实施例的制备工艺相比于物理气相沉积工艺，方法简单，易于操作，成本低廉，所需时间较短，大大节省必要的劳动时间，能够突破气相沉积的限制，生产较大面积的超稳定玻璃。
其中，将聚合物玻璃液化包括将聚合物溶解于特定溶剂中形成液体；或者直接加热将聚合物熔化。
本实施例中的超声波装置包括依次连接的信号发生器、功率放大器、用于将功率放大器的信号等分成两路的功率分配器和超声换能器，超声换能器采用体声波换能器和/或表面波换能器。信号发生器为射频信号发生器，用于产生小功率频率信号。功率放大器用于放大功率信号，该功率放大器在10kHz-1GHz频率范围内失真小于-20dbc，且放大功率范围在0-500W连续可调；功率分配器两分路的相位差小于2°，功率相差小于5％；超声换能器的频率范围在10kHz-1GHz，该超声换能器采用体声波换能器和/或表面波换能器，用单个或多个超声换能器能够分别实现行波和驻波的激发。超声装置输出的波的形式以及频率是根据具体制备哪一种聚合物玻璃而定的。
聚合物玻璃液化后得到的液体通过旋涂或者蒸发的方式涂覆于基板上，聚合物玻璃厚度为10-30nm。其中，基板可以是一个单独设计基板，也可以是超声装置面板。即聚合物玻璃液化后得到的液体直接涂覆于超声装置上。
退火装置的设定温度高于聚合物的玻璃化温度，预定时间不小于20分钟。步骤4)中淬火后温度低于聚合物的玻璃化温度。淬火过程的冷却速率应大于10K/s。其中淬火装置可以是铜板、铝板、水冷板或通过冷却剂冷却的任何装置。
按照势能景观理论(potential energy landscape)，超声波引起的振动会改变势能景观，如图1所示，聚合物分子根据其分散度、分子构象不同，其本征运动频率也不同，但大部分聚合物玻璃的本征运动频率存在一定的频域分布，超声频段恰好处在聚合物玻璃分子的运动频段内，故聚合物分子吸收超声波的能量，使整个体系处于更低的能量状态。由于玻璃态向高弹态转变的能量是固定的，在聚合物玻璃达到其玻璃化温度时，热能扰动仍然不足以使分子越过能垒，因而呈现出更高的玻璃化转变温度和热稳定性。
实施例二
本实施例具体以聚苯乙烯(PS)为例，具体说明实施例一中的聚合物玻璃的制备方法，并检测了制得的PS玻璃的热稳定性，证明了实施例一种的制备方法制得的聚合物玻璃确实具有较好的热稳定性。
本实施例中，制备聚苯乙烯玻璃的具体过程如下：
1、将100μL0.5％质量分数的PS的甲苯溶液，均匀涂覆在基板表面：采用匀胶机在室温下以3000rpm的转速旋途60s，在基板上形成厚度约为20nm的PS薄膜。其中超声装置的若干超声换能器也均匀的设置于基板上；
2、将基板上的各超声换能器与超声装置上的功率分配器的输出端连接；
3、将基板放入真空烘箱内，将真空烘箱内温度设置为113℃，与此同时，将超声装置的信号发生器调至56.03MHz，功率放大器调至20db增益，待温度稳定后，信号发生器和功率放大器全部调至输出状态，超声退火20分钟；
4、不关闭超声装置，将基板从真空烘箱中取出，并将其放置在室温的铝板上，聚合物膜在5-10s内由退火温度迅速冷却至室温，冷却速率约为20K/s。
5、待冷却至室温后，关闭超声波源，将制得的PS玻璃从基板上取下。
6、测量PS玻璃的热膨胀性质。测试结果如图2所示，本实施例制备的PS玻璃与普通PS玻璃相比，整体热膨胀系数较低，且普通PS玻璃在100℃左右就完成了玻璃化转化进入高弹态，而本实施例制备的PS玻璃在150℃以上才发生玻璃化转化。由此可见，本实施例中制备的PS玻璃具有较好的热稳定性。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，例如各部件的外观尺寸、固定方式、引线方式和组装后的几何结构，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种聚合物玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将聚合物玻璃液化；
2)将所述聚合物玻璃液化后得到的液体均匀涂覆于一基板上；
3)将基板置于超声装置上，将超声装置放入恒温退火装置中，将温度调至设定温度，在所述设定温度保温预定时间，在保温的同时对所述基板进行超声处理；
4)到达预定时间后，将所述基板放置于淬火装置中进行淬火，得到高热稳定性的聚合物玻璃。
2.如权利要求1所述的聚合物玻璃的制备方法，其特征在于，所述超声波装置包括依次连接的信号发生器、功率放大器、用于将所述功率放大器的信号等分成两路的功率分配器和超声换能器。
3.如权利要求2所述的聚合物玻璃的制备方法，其特征在于，所述功率分配器的两分路信号的相位差小于2°，功率相差小于5％。
4.如权利要求2所述的聚合物玻璃的制备方法，其特征在于，所述超声换能器采用体声波换能器和/或表面波换能器，所述超声换能器能够实现行波和驻波的激发。
5.如权利要求2所述的聚合物玻璃的制备方法，其特征在于，所述聚合物玻璃为聚苯乙烯玻璃。
6.如权利要求1或2所述的聚合物玻璃的制备方法，其特征在于，所述聚合物玻璃液化后得到的液体通过旋涂或者蒸发的方式涂覆于基板上，所述聚合物玻璃厚度为10-30nm。
7.如权利要求1或2所述的聚合物玻璃的制备方法，其特征在于，所述设定温度高于聚合物的玻璃化温度，预定时间不小于20分钟。
8.如权利要求8所述的聚合物玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中淬火后温度低于聚合物的玻璃化温度。
9.如权利要求1或2所述的聚合物玻的璃制备方法，其特征在于，所述步骤4)中淬火过程的冷却速率大于10K/s。
CN201910999194.3A 2019-10-21 2019-10-21 一种聚合物玻璃的制备方法 Pending CN110962267A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910999194.3A CN110962267A (zh) 2019-10-21 2019-10-21 一种聚合物玻璃的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910999194.3A CN110962267A (zh) 2019-10-21 2019-10-21 一种聚合物玻璃的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110962267A true CN110962267A (zh) 2020-04-07

Family

ID=70029728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910999194.3A Pending CN110962267A (zh) 2019-10-21 2019-10-21 一种聚合物玻璃的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110962267A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1569953A (zh) * 2004-05-08 2005-01-26 河北工业大学 新型耐热透明材料及其制备方法
CN101812184A (zh) * 2009-02-25 2010-08-25 中国科学院化学研究所 自清洁聚碳酸酯薄膜的制备方法
CN102794896B (zh) * 2012-09-04 2015-10-07 贵州省复合改性聚合物材料工程技术研究中心 聚合物超声熔融双阶挤出的方法及装置
CN107033591A (zh) * 2016-10-11 2017-08-11 陕西科技大学 一种耐高温聚酯亚胺纳米超薄膜及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1569953A (zh) * 2004-05-08 2005-01-26 河北工业大学 新型耐热透明材料及其制备方法
CN101812184A (zh) * 2009-02-25 2010-08-25 中国科学院化学研究所 自清洁聚碳酸酯薄膜的制备方法
CN102794896B (zh) * 2012-09-04 2015-10-07 贵州省复合改性聚合物材料工程技术研究中心 聚合物超声熔融双阶挤出的方法及装置
CN107033591A (zh) * 2016-10-11 2017-08-11 陕西科技大学 一种耐高温聚酯亚胺纳米超薄膜及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TIANHAO HOU等: "Polymeric Liquid Layer Densified by Surface Acoustic Wave", 《ARXIV.ORG》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sato et al. Crystal and Lamella Structure and C− H⊙⊙⊙ OC Hydrogen Bonding of Poly (3-hydroxyalkanoate) Studied by X-ray Diffraction and Infrared Spectroscopy
Meaurio et al. Analysis of the C O Stretching Band of the α-Crystal of Poly (l-lactide)
Wrasidlo Transitions and relaxations in aromatic polymers
Liu et al. Strategies for preparing continuous ultraflexible and ultrastrong poly (vinyl alcohol) aerogel fibers with excellent thermal insulation
Wu et al. Study of microbial polyhydroxyalkanoates using two‐dimensional Fourier‐transform infrared correlation spectroscopy
Roy et al. Energy‐induced polymorphic changes in poly (vinylidene fluoride): How ultrasonication results in polymer with predominantly γ phase
Chen et al. Omnidirectional shape memory effect via lyophilization of PEG hydrogels
CN110962267A (zh) 一种聚合物玻璃的制备方法
Sänger et al. Preparation of a liquid single-crystal triblock copolymer by shear
Wu et al. Polyimide dielectrics with cross-linked structure for high-temperature film capacitors
Jiang et al. Polymorphic transformation of isotactic poly (1-butene) in form III upon heating: in situ synchrotron small-and wide-angle X-ray scattering studies
Zhao et al. In situ FT-IR spectroscopy study on the conformational changes of quenched isotactic polypropylene during stepwise heating
Wang et al. Grafting modification and properties of polypropylene with pentaerythritol tetra-acrylate
Liu et al. Crystallization behavior and toughening mechanism of poly (ethylene oxide) in polyoxymethylene/poly (ethylene oxide) crystalline/crystalline blends
Min et al. Stepless shape morphing polymer
CN104796843A (zh) 结晶peek膜和振膜的形成方法以及结晶peek振膜
Cao et al. Preparation of epoxy blends with nanoparticles by acoustic levitation technique
Suzuki et al. Raman study of the annealing effect of low-density glassy waters
Li et al. Hydrogen Bond Reorganization‐Enabled Dielectric Pulsing Effects in Polar Polymers
CN110563978B (zh) 一种非线性光学簇聚物薄膜及其制备工艺
Li et al. Correlation between chain microstructure and mechanical properties of two polypropylene/poly (ethylene-co-propylene) in-reactor alloys
Wan et al. Investigation of the Long‐Term Storage Stability of Shape Memory Epoxy Prepolymer
Svensson et al. Phase transition in 9-hydroxyphenalenone at 255 K and crystal structure of the ordered phase at 215 K
CN112480451A (zh) 聚合物基太赫兹空间光调制器及其制备方法
Hata et al. Thin film metallic glasses as new MEMS materials

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200407

RJ01 Rejection of invention patent application after publication