聚合物共混物/纳米粒子复合材料中相形态演变的固体核磁共振表征

In order to manufacture polymer composites with high performance and versatility, it is of great significance to investigate the effect of nano-particles on the phase morphology evolution in polymer blends. Because of the destruction of samples and the lack of statistic significance, the application of traditional characterization techniques should be further improved. Thus, with or without the nano-particles, the phase morphology evolution in polymer blends will be detailedly investigated with solid-state NMR, which is a powerful tool in characterizing the multi-scale structure and dynamics of polymer materials. In order to thoroughly describe the phase morphology evolution in polymer blends and understand the controlling of the phase morphology from the viewpoint of molecular motion, the dynamics of phase morphology evolution and molecular movements in complex polymer systems will be studied by solid-state NMR techniques at different temperatures in this proposal. The correlation between the evolution of phase morphology and the molecular motion will also be discussed; the morphology stabilization mechanism of the nano-particles in polymer blends will be elucidated from a microscopic perspective.

研究纳米粒子对聚合物共混物相形态的影响，对于制备高性能化、功能化聚合物复合材料具有重要意义。传统的表征方法通常会损伤样品或者所得结果不具有统计意义。固体核磁共振技术在聚合物材料多尺度结构和动力学表征方面的独特优点，使其在研究纳米粒子影响聚合物共混物相形态演变的过程中能够发挥巨大作用。因此本项目拟采用固体核磁共振技术，研究不同温度下聚合物共混物/纳米粒子复合材料中相形态演变的动力学过程以及复杂体系中受限状态下聚合物分子链的运动，并尝试建立相态结构发展与分子链运动特征变化之间的定量关系。在与传统表征方法比较的基础上，进一步拓展固体核磁共振表征方法在聚合物共混物基纳米复合材料领域的应用。通过本项目的研究，有望实现对聚合物共混物中分散相相区演变的复杂动力学过程进行统一描述；有助于从大分子链运动的微观角度理解聚合物共混物相形态演变的动力学过程；加深理解纳米粒子稳定聚合物共混物相形态的微观作用机理。

小分子与大分子之间的相互作用是我们研究无机纳米粒子在聚合物复合材料中分布的基础。在众多表征手段中，核磁共振技术体现出在分子运动水平观察小分子-大分子相互作用的独特优势。本项目利用饱和转移差谱（saturation transfer difference, STD）核磁共振技术对小分子与大分子之间的相互作用强弱及位置进行了详尽的研究，为进一步研究无机纳米粒子与聚合物大分子链相互作用奠定了基础。借助自旋-晶格弛豫时间T1，自旋-自旋弛豫时间T2以及旋转坐标系下自旋-晶格弛豫时间T1p从不同尺度上去研究聚合物共混物的结构均匀性和相容性的问题，实现对复杂体系中相形态演变动力学过程的定量表征。利用基于空间相关偶极-偶极相互作用而发展起来的二维异核相关谱（2D HETCOR）研究聚合物复合材料中界面相互作用，从大分子链运动的微观角度理解界面相互作用影响聚合物共混物相形态演变的作用机制。项目支持下，已发表论文5篇（其中SCI收录5篇）。项目为聚合物复合材料的实际应用奠定了理论基础，必将具有重要的研究价值和社会效益。