文献分享|基于自组装的光散射热固性板聚合物共混物的纳米形貌

 摘要 

富山県立大学的Satoshi Takei与大阪大学工程科学研究生院的Yoshiyuki Yokoyama等多团队合作，在《Macromolecular Materials and Engineering》上发表了题为Nanomorphology of Polymer Blends for a ight-Scattering Thermosetting Plate Based on Self-Assembly 的研究论文。

该研究摒弃了向聚合物基质中掺杂二氧化硅溶胶、氧化锆溶胶、荧光粉等传统纳米颗粒的思路，聚焦自组装技术，通过两种分别含羧基和环氧基的聚合物共混，利用其形成的纳米形态制备光散射热固性板，重点探究了聚丙烯酸重均分子量对材料综合性能的影响，旨在为发光二极管（LED）液晶显示器（LCD）开发新型光散射板。

研究表明，所开发的在脂环族环氧聚合物中含有四种不同重均分子量聚丙烯酸的光散射热固性板，能够形成30-350 nm的规则纳米颗粒以实现光散射；在300 nm波长下，光散射率超过10%；热稳定性可达230℃；氧气阻隔性能约为聚乙烯的1/50；且聚合后具有耐溶剂性。

 研究材料/仪器/方法 

材料

二甲基甲酰胺、丙二醇甲醚、硅片、石英板、不锈钢网、聚乙烯、超高分子量聚乙烯膜过滤器、环氧乙烷基、羟甲基、环氧环己烷、甲基等。

仪器

凝胶渗透色谱仪、扫描电子显微镜、薄膜测量系统、动态超显微硬度计、热重-差热分析仪、紫外-可见分光光度计、椭圆偏振仪、GTR-11气体透过率测试仪、旋转涂布设备、热板。

 GTR-11气体透过率测试仪

方法

1. 聚丙烯酸的制备

将丙烯酸与丙二醇甲醚（PGME）共混，溶液中丙烯酸含量为20 wt%，在氮气流动下将反应器温度以3.0℃·min⁻¹的速率升至70℃，随后在氮气氛围下于70℃搅拌0.5-24 h，形成四种不同重均分子量的聚丙烯酸。所得聚合物经平均孔径50 nm的超高分子量聚乙烯膜过滤器过滤、干燥后，得到聚丙烯酸细粉。

2. 聚合物共混与样品制备

将每种聚丙烯酸与环氧聚合物（Daicel EHPE3150）在DMF和PGME体积比为50:50的混合溶剂中共混，共混溶液再次经超高分子量聚乙烯膜过滤器过滤。将所得液体材料旋涂或分散在硅片或石英板上，在70-170℃下聚合60 s，去除溶剂，得到热固性板或薄膜。

3. 性能测试

光学性能测试：将热固性板在石英板上聚合并于150℃烘烤后，通过椭圆偏振仪测量厚度（约15 mm），利用紫外-可见分光光度计测量300-600 nm波长范围内的光散射率。

氧气阻隔性能测试：将光散射热固性材料溶液及聚乙烯参考样品溶液浇铸在不锈钢网上，150℃烘烤后，利用GTR-11气体透过率测试仪测量氧气透过率（样品厚度约11 mm，换算为10 mm膜厚度下的数值）。

 结论 

该研究打破了“光散射必须依赖纳米颗粒掺杂"的传统认知，通过自组装技术实现了性能与成本的平衡。相较于传统工艺，该方案无需额外添加纳米颗粒，简化了制备流程、降低了生产成本，同时避免了纳米颗粒团聚导致的性能波动。

其开发的有机聚合物共混体系，可作为LED背光LCD光散射板的新型化学骨架，为大屏、超薄、高分辨率LCD的研发提供了关键材料支撑，对显示技术的升级迭代具有重要推动作用。