k 式II,
[0060]其中,n—聚合物薄膜的黏度,
[0061 ] γ—液滴的表面張力,
[0062]Θ—液滴與聚合物薄膜表面形成的接觸角,
[0063]k 一式I中的斜率。
[0064]本發(fā)明對于測定對象沒有特殊的限定,采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的基底支撐聚合物薄膜即可。在本發(fā)明中,所述聚合物薄膜的厚度優(yōu)選為10?lOOOnm,更優(yōu)選為50?500nmo
[0065]在本發(fā)明中,所述聚合物薄膜中聚合物優(yōu)選為線性聚合物。在本發(fā)明中,所述線性聚合物優(yōu)選包括聚苯乙烯及其衍生物、甲基丙烯酸酯類聚合物、聚乙烯基叔丁基醚、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚醋酸乙烯酯、聚苯醚、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、氟乙烯類聚合物、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚乳酸、尼龍、聚丁二烯、聚異戊二烯、聚砜、聚醚中的一種或幾種的共混物,或幾種的共聚物。
[0066]本發(fā)明優(yōu)選在基底上制備平整的聚合物薄膜,得到基底支撐聚合物薄膜。在本發(fā)明中,所述基底不與所述聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),僅是物理結(jié)合。在本發(fā)明中,所述基底優(yōu)選采用表面平整、易于傳熱的材料。在本發(fā)明中,所述基底的材質(zhì)優(yōu)選包括玻璃片、硅片、藍(lán)寶石、云母、鐵、銅或鋁。
[0067]本發(fā)明對于所述平整的聚合物薄膜的制備方法沒有特殊的限定,采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備聚合物薄膜的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中,制備所述平整的聚合物薄膜的方法優(yōu)選包括流延法、旋涂法或浸涂法。
[0068]本發(fā)明對于將基底支撐聚合物薄膜加熱并維持溫度恒定所采用的方式?jīng)]有特殊限定,采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于加熱并維持溫度恒定的技術(shù)方案即可。本發(fā)明優(yōu)選采用精密控溫?zé)崤_對所述基底支撐聚合物薄膜加熱并維持溫度恒定。在本發(fā)明中,所述精密控溫?zé)崤_的控溫精度優(yōu)選為± 1°C。在本發(fā)明中,所述加熱的溫度優(yōu)選高于聚合物的玻璃化溫度。
[0069]完成將基底支撐聚合物薄膜加熱并維持溫度恒定后,本發(fā)明將測試液體置于所述維持溫度恒定的聚合物薄膜表面,形成液滴,并記錄放置時間t。在本發(fā)明中,所述測試液體優(yōu)選滿足以下三個條件:
[0070](a)具有較低的揮發(fā)速率,在測量過程中由于液體揮發(fā)所導(dǎo)致液滴接觸角減小值小于5° ;
[0071 ] (b)具有較高的表面張力,在所述聚合物薄膜表面形成大于30°的接觸角;
[0072](C)與所述聚合物熱力學(xué)不相容,在測量過程中測試液體不會滲透入聚合物內(nèi)部,不會對聚合物產(chǎn)生增塑效應(yīng)。
[0073]在本發(fā)明中,所述測試液體優(yōu)選包括甘油、乙二醇、聚乙二醇齊聚物、聚環(huán)氧乙烷齊聚物、二甲基亞砜、N,N-二甲基甲酰胺或離子液體;所述離子液體優(yōu)選包括1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3甲基咪唑三氟甲基磺酸鹽或1-丁基-3甲基咪唑甲基硫酸鹽。
[0074]液滴直徑大小會影響測量結(jié)果的精確度,在本發(fā)明中,所述液滴的直徑優(yōu)選為2?7mm。在本發(fā)明的實(shí)施例中,利用德國Kruss公司生產(chǎn)的DSA 10-MK2型接觸角測試儀獲得所述液滴的直徑。
[0075]本發(fā)明對于測定所述液滴與所述聚合物薄膜表面形成的接觸角Θ值的方法沒有特殊的限定,采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的測定所述液滴與所述聚合物薄膜表面形成的接觸角Θ值的技術(shù)方案即可。本發(fā)明優(yōu)選采用標(biāo)準(zhǔn)化儀器測量所述液滴與所述聚合物薄膜表面形成的接觸角Θ值。在本發(fā)明的實(shí)施例中,采用德國Kruss公司生產(chǎn)的DSA10-MK2型液滴形狀分析儀測量所述液滴與所述聚合物薄膜表面形成的接觸角Θ值。
[0076]本發(fā)明將所述液滴在所述維持溫度恒定的聚合物薄膜表面放置時間t后,將所述聚合物薄膜冷卻,除去所述聚合物薄膜表面的液滴,所述除去液滴的聚合物薄膜表面的聚合物/液滴/空氣三相線處形成潤濕脊,測量潤濕脊的高度h。在本發(fā)明中,所述冷卻優(yōu)選采用冷卻介質(zhì)將所述聚合物薄膜冷卻至室溫;所述冷卻介質(zhì)優(yōu)選包括冰袋、干冰、液氮或低溫金屬板。在本發(fā)明中,使用冷卻介質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)快速冷卻所述聚合物薄膜,以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0077]在本發(fā)明中,將所述聚合物薄膜進(jìn)行冷卻后,除去所述聚合物薄膜表面的液滴。本發(fā)明對于所述除去聚合物薄膜表面的液滴的方法沒有特殊的限定,采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的除去聚合物薄膜表面的液滴的技術(shù)方案即可。本發(fā)明優(yōu)選采用濾紙將聚合物薄膜表面的液滴吸凈。
[0078]在本發(fā)明中,除去所述聚合物薄膜表面的液滴后,所述除去液滴的聚合物薄膜表面的聚合物/液滴/空氣三相線處形成潤濕脊,測量潤濕脊的高度h。由于液滴表面張力垂直分量的作用,在所述聚合物薄膜表面的聚合物/液滴/空氣三相線處產(chǎn)生高度為數(shù)十納米至數(shù)微米的山脊?fàn)畹耐黄鹦巫?,所述形變稱為潤濕脊,英文名為wetting ridge。本發(fā)明對于所述測量潤濕脊的高度h的方法沒有特殊的限定,采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的測量潤濕脊的高度h的技術(shù)方案即可。本發(fā)明優(yōu)選將除去液滴的聚合物薄膜放置于原子力顯微鏡(AFM)測試平臺上,利用AFM測得所述除去液滴的聚合物薄膜表面的潤濕脊的形貌圖以及潤濕脊形貌的橫截面圖,從潤濕脊形貌的橫截面圖上得到潤濕脊的高度h。
[0079]在本發(fā)明中,改變液滴在聚合物薄膜表面的放置時間t,獲得潤濕脊的高度h隨液滴放置時間t的h?t變化關(guān)系;
[0080]當(dāng)所述液滴在聚合物薄膜表面的放置時間大于聚合物薄膜松弛時間時,所述液滴放置時間與所述潤濕脊的高度之間具有式I所示的線性關(guān)系;
[0081]基于式I線性關(guān)系的斜率k,根據(jù)所述式II計算得到聚合物薄膜的黏度:
[0082]h = kt+b 式I,
[0083]其中,h—潤濕脊的高度,
[0084]t—液滴在聚合物薄膜表面的放置時間,
[0085]k—斜率,
[0086]b—截距;
[0087]η = 0.37 γ sin0/k 式II,
[0088]其中,n—聚合物薄膜的黏度,
[0089]γ—液滴的表面張力,
[0090]Θ—液滴與聚合物薄膜表面形成的接觸角,
[0091]k—式I中的斜率。
[0092]本發(fā)明對于測定式II中所述液滴的表面張力γ的方法沒有特殊的限定,采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的測定液滴的表面張力Y的技術(shù)方案即可。本發(fā)明優(yōu)選通過查閱文獻(xiàn)得到液滴的表面張力γ或采用吊片法測定液滴的表面張力γ。
[0093]采用本發(fā)明提供的測量方法能夠準(zhǔn)確的測定基底支撐聚合物薄膜黏度,且操作方法簡單、成本低、適應(yīng)性廣。
[0094]下面將結(jié)合本發(fā)明中的實(shí)施例,對本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0095]實(shí)施例1
[0096]首先,選取厚度約為600nm的聚合物薄膜,在此厚度下,聚合物薄膜的黏度與本體一致。利用本專利方案測量此聚合物薄膜的黏度,并將其與文獻(xiàn)報道的采用其它方法獲得的聚合物薄膜的黏度數(shù)值進(jìn)行比較,以確定本方案的可行性。
[0097](I)利用旋涂成膜方法,將聚苯乙烯(PS,重均分子量為1070kg/mol)的甲苯溶液旋涂在表面含有S12氧化層的硅片(S12-Si)基底上,制備厚度為600nm的PS薄膜;將PS薄膜置于160°C的精密控溫?zé)崤_上,并維持PS薄膜溫度恒定。
[0098](2)將1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([EIm]BF4)放置于步驟(I)中所述PS薄膜表面,形成液滴,所述液滴的表面張力γ =55mN/m,利用德國Kruss公司生產(chǎn)的DSA 10-MK2型接觸角測試儀測定所述液滴的直徑為2mm以及所述液滴與所述聚合物薄膜表面形成的接觸角 θ = 78°。
[0099](3)液滴在聚合物薄膜表面放置時間t后,利用5°C的不銹鋼板冷卻步驟(2)中所述PS薄膜至室溫,利用濾紙吸凈所述PS薄膜表面的液滴,所述除去液滴的PS薄膜表面的聚合物/液滴/空氣三相線處形成潤濕脊,利用美國Bruker生產(chǎn)的Multimode-8型原子力顯微鏡(AFM)測得所述潤濕脊的形貌圖(見圖1)以及潤濕脊形貌的橫截面圖(見圖2);從潤濕脊形貌的橫截面圖上得到潤濕脊的高度h。
[0100](4)改變液滴放置時間t,獲得一系列潤濕脊形貌的橫截面圖,見圖3。以潤濕脊的高度h對液滴放置時間t作圖,從圖4中可以看出,當(dāng)液滴放置時間大于10000秒后,潤濕脊的高度隨液滴放置時間增加而線性增大。對放置時間大于10000秒的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,可得至丨Jh?t線性關(guān)系的斜率k = 2.46 X 10-nm/s。
[0101]根據(jù)式II計算得到在160°C下,重均分子量為1070kg/mol的PS薄膜的黏度n = 8.1X108Pa.S0
[0102]通過查閱文獻(xiàn),文獻(xiàn)(Plazek,D.J.;0’Rourke,V.M.J.Polym.Sci,A:卩017!11.?1^8.1971,9,209-243)記載,重均分子量為10701^/11101的?5在160°(:下的黏度值為1.84X109Pa.S。兩者之間的偏差小于一個數(shù)量級,在系統(tǒng)誤差的范圍內(nèi),證實(shí)了本發(fā)明測量