聚丁烯-1结晶和熔融行为的分子量依赖性

　　结晶高分子通常可以被看成是由相互关联的片晶构成的硬骨架网络和缠结的非晶软网络的互穿网络，其结晶和熔融过程是高分子物理领域的重要内容，更好地的了解其结晶过程，可以更有效的控制结晶高分子材料的物理机械性能。近年来，借助温度依赖的小角X射线散射实验（SAXS），Strobl 研究了多个高分子体系的等温结晶和后续的加热熔融过程，构建出了片晶倒数和温度的相图，得到三条线性关系：结晶线、重结晶线和熔融线。另外，结晶线和重结晶线具有相同的平衡温度，且高于熔融线对应的平衡温度。基于此，他提出了高分子结晶过程是从熔体到中间相，由中间相形成小晶块，小晶块融和形成片晶的多阶段模型。 

　　为进一步研究分子量对于结晶聚合物结晶行为的影响，长春应用化学所的门永锋课题组选择三种不同分子量的聚丁烯-1作为研究对象，在北京同步辐射装置1W2A-小角散射实验站开展了温度依赖的小角X射线散射实验。对于这三个不同分子量的聚丁烯-1样品，存在三条斜率不同而平衡温度相同的结晶线，但是只有一条共同的重结晶线和熔融线。这是因为，由小晶块构成的原生晶的表面自由能，随着分子量的增加而增加，进而导致结晶线的斜率的改变；在原生晶稳定化的过程中，其表面能逐渐降低，最终形成的稳定晶的表面自由能的差异逐渐消失，而导致一条重结晶线和熔融线。该研究工作进一步验证了高分子结晶的中介相模型，相关的研究成果发表在2014年9月12日出版的《Macromolecules》上。 

　　图1 利用同步辐射小角散射实验技术，得到三种不同分子量的聚丁烯-1在不同温度等温结晶之后的加热过程中，片晶厚度随着温度的演化行为。对于这三个不同分子量的聚丁烯-1样品，存在三条斜率不同而平衡结晶温度相同的结晶线，只有一条重结晶线和熔融线。