Mechanical spectroscopy of polymers with reduced dimensions and increasing cross-linking degree

Abstract

Der Einfluss von reduzierten Dimensionen und zunehmendem Vernetzungsgrad auf die Polymerkettendynamik in der Nähe der Glassübergangstemperatur, Tg, wird mittels der Vibrating Reed Technik untersucht. Die mechanische Dämpfung der unterstützten Polymerfilme, wird am System Polymerfilm/Substrat gemessen. Mechanische Spektroskopie liefert nicht nur die Information über Tg, es können auch die ganzen Relaxationsspektren untersucht werden.Der Effekt der reduzierten Dimensionen wird an PS Filmen untersucht. Für Filmdicken unterhalb 100 nm, wird der α Relaxationspeak, der mit dem Glassübergang verknüpft ist, zu kleineren Temperaturen hin verschoben und verbreitert. Dieser Effekt wird nur bis zu 44 nm Filmdicke beobachtet. Ein Model, das dises Verhalten beschreibt, wird vorgeschlagen. An der Grenzfläche Vakuum/Film existiert eine flüssigskeitsähnliche Schicht, die eine erhöhte Kettenbeweglichkeit zeigt, was zu dem Abfall von Tg führt. Bei der mechanischen Spektroskopie ist das Verhalten der Schicht viskos und zeigt keinen Glassübergang in dem gemessenen Temperaturbereich. Folglich, würde sich im Falle, dass die Filmdicke gleich der Dicke der flüssigkeitsänlichen Schicht ist, Tg gegen 0 annähren. Der Gegeneffekt wird durch die erhöhte Dichte an der Film/Substrat Grenzfläche untersucht, die durch die bevorzugte out of plane Orientierung den Phenylringe entsteht.Der Einfluss der Vernetzung auf die Dynamik bei Bulkfilmen wird an dem Beispiel von Poly(vinyl cinnamate) (PVCN) untersucht. Das Material ist vernetzbar durch die Bestrahlung mit UV Licht. Der Vernetzungsgrad wird durch die IR Spektroskopie untersucht. Die Beweglichkeit in der vernetzten Struktur ist behindert, deshalb wird der α Relaxationspeak zu größeren Temperaturen verschoben und die Relaxationsstärke nimmt ab. Die Linienbreite ist beeinflusst durch die Verbreiterung der Relaxationszeitdistribution, die im Folge der neuen heterogenen Struktur auftritt. Der Anteil der Vernetzungsknoten für PVCN beträgt etwa 75%.