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缠结对玻璃化转变的影响是高分子科学中的一个有趣的基本问题,迄今尚无定论。近年来,有许多关于聚合物受限状态的玻璃化转变的研究。冷冻升华试样、由稀溶液的沉淀试样以及高分子薄膜的研究,都观察到玻璃化转变温度(Tg)的降低。对此提出了不同的解释,包括缠结浓度降低、表面层分子运动能力增强、和薄膜密度降低等。但有一些研究者提出Tg的降低与缠结浓度降低无关。另一方面,冷冻升华试样以及高分子薄膜的研究也观察到Tg的增高。为阐明玻璃化转变中缠结的作用,本文对无规聚苯乙烯的冷冻升华试样的玻璃化转变进行了详细研究。由无规聚苯乙烯苯溶液制备冷冻升华试样,制备溶液的浓度范围为:1×10-1~2×10-5g/ml。用差示扫描量热仪研究冷冻升华试样的玻璃化转变行为。研究发现;存在一临界浓度Cg*(4×10-3g/ml),当制备溶液浓度大于Gg*时,Tg不随制备溶液浓度的增加而变化,且与本体的玻璃化转变温度相同;当制备溶液的浓度小于Cg*时,Tg随制备溶液浓度的对数的降低而线性降低。制备溶液浓度在Cg*以上,溶液中的大分子链如同熔体中的一样,仍旧相互贯穿和缠结;冷冻升华后得到链的缠结网络,因而其Tg与本体试样相同。制备溶液浓度在Cg*以下,随着溶液浓度降低,更多的孤立单链、寡链线团存在于溶液中;冷冻升华后得到更多的单链、寡链粒子,伴随着链间、链内缠结浓度降低。当由低于动态接触浓度,Cs,的溶液制备冷冻升华试样时,单链粒子的比例大大增加了,使缠结浓度进一步降低。链间、链内缠结浓度的降低增加了分子运动、降低了玻璃化转变温度。前人没有认识到动态接触浓度的存在,他们用了较高浓度的溶液(1×10-3g/ml)去制备试样,分子链没有很好分开。在这样的溶液中,缠结浓度的降低是有限的,所以观察到较小的玻璃化温度降低。玻璃化转变温度降低也可能因冷冻升华试样密度降低引起。在稀溶液中,高分子链线团采取伸展链构,经冷冻升华的过程后,线团塌缩成紧密小球。球的堆积和链段在球内的堆积都很松,导致较低的密度。低密度对玻璃化温度降低会有部分贡献。冷冻升华试样的凝聚态远离平衡态,在高于试样玻璃化温度以上温度热处理,就会向平衡态过渡。在热处理过程中,孤立的单链、寡链线团通过热扩散会逐渐贯穿、再缠结。随着热处理时间延长,链间、链内的缠结浓度增加,同时链段的分子运动受到愈来愈大的阻碍,所以Tg不断移向高温、最后缓慢地接近本体的玻璃化转变温度。热处理过程中,链段的堆砌密度增加,也会对Tg移向高温有部分贡献。随着热处理温度的提高,链的热扩散和贯穿速度增加,Tg恢复到本体玻璃化转变温度的速度加快。随着制备溶液浓度的降低,Tg恢复到本体玻璃化转变温度的速度降低,很长时间退火以后,由极稀溶液制的冷冻升华的Tg仍旧不能恢复到本体玻璃化转变温度。用分子量低于临界缠结分子量的a-PS做了一组平行的实验。低分子量的冷冻升华试样的玻璃化温度比本体试样低2~4℃,而高分子量的冷冻升华试样的玻璃化温度的下降能达到~23℃。热处理时,低分子量的冷冻升华试样的玻璃化温度很快达到本体试样的Tg。低分子量的冷冻升华试样的玻璃化温度的降低可以认为是由于密度的下降。FTIR测量证实了冷冻升华试样中的链段堆积很松。比较本体试样,与苯环相关的分子振动谱带1601,1493,1452和698 cm-1吸收峰变窄、变高,特别是吸收峰698 cm-1更为明显。随着制备溶液浓度的降低,这些谱带的线宽和吸收强度的变化更为明显。退火时,链段的堆砌密度逐渐增加,并最后恢复到本体的水平,冷冻升华试样和本体试样的FTIR的差异随之消失。与玻璃化温度恢复本体的Tg相比,链段的密堆砌是一相对快的过程,因为后者仅需要链段的局部分子运动。二维FTIR测量指出:单、寡粒子附聚体退火时,与苯环相关的分子振动强度的变化先于CH2基团而发生。这是因为前者对链段的密堆积更为敏感。可以认为缠结浓度的增加对分子振动只有很小的影响,因为链上两个缠结点之间约有200个重复单元。缠结对分子振动的影响,如果有的话,主要和CH2基团有关,而且发生在退火过程的后期阶段,因为链的贯穿和缠结是较慢的过程,需要很长的时间才能完成。NMR技术也被用来研究由1×10-2 g/ml、1×10-3 g/ml和1×10-4 g/ml溶液制备的冷冻升华试样,研究发现1×10-4 g/ml溶液制备的试样的缠结浓度大大地降低了,而由两个较浓溶液制备的试样未见缠结浓度的明显降低。这一结果与DSC和FTIR的研究结果是一致的。