利用紫外光穿透偵測來探討化學誘導相分離之成膜機制

Abstract

本研究係利用紫外光硬化的方式，製備具有化學誘導相分離（Chemical Induced Phase Separation, CIPS）的多孔性薄膜，並探討其成膜機制。實驗中以雙酚A型樹脂Bisphenol-A-glycerolate dimethacrylate (Bis-GMA)與聚乙二醇二丙烯酸酯Poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)兩反應性單體，溶於乙醇溶劑中，進行紫外光固化成膜，硬化反應過程中，由於聚合物的分子量會隨反應時間增加，而使溶劑對聚合物高分子的溶解力下降，而引發相分離，形成多孔性高分子薄膜。 我們設計一套系統來偵測紫外光穿透高分子溶液的穿透量，利用偵測穿透量的變化，來決定相分離起始以及膠固化的時間，以及判斷相分離後孔洞成長的狀況。 研究結果顯示，隨乙醇溶劑含量增加，薄膜結構由緻密轉為多孔；並且由紫外光穿透偵測實驗結果中，我們能夠觀察得知，系統相分離起始及膠固化時間隨著溶劑含量增加而提早，其原因為反應速率差異所致。 此外，我們也發現可以利用文獻中提出的聚合反應速率表示式，進行迴歸分析，來定量地描述光起始劑濃度及單體濃度對於相分離起始與膠固化時間的影響，並且估算相對位置之熱力學三成份相圖。 同時，我們亦選用文獻中常見的DGEBA型環氧樹脂製備具化學誘導相分離薄膜，針對兩不同反應性系統作比較。結果顯示，不同於Bis-GMA/PEGDA系統，DGEBA型環氧樹脂系統能夠製備出較為規則狀的薄膜內部結構型態。其原因推測為：DGEBA/DIBK系統相較之下，其反應速率較慢，以致於它有較長的時間進行合併行為，發展出結構較為規則之圓球狀。