通用級聚苯乙烯(general-purpose polystyrene，GPPS)是無色透明的熱塑性塑料，由于其質硬而脆、機械強度不高、耐熱性較差且易燃，嚴重影響了它的使用，為了改善它的缺點，一般會將聚苯乙烯單體與其他單體通過聚合進行改性[1]。例如，Amos等開發(fā)出一種新的生產韌性聚苯乙烯的工藝，原理是在聚合過程中通過攪拌使橡膠粒子成為分散相而不是連續(xù)相，這種韌性聚苯乙烯稱為高抗沖聚苯乙烯(high-impact polystyrene，HIPS)[2]。HIPS除了具有GPPS的剛性、加工性能等優(yōu)點，橡膠粒子的加入使其沖擊強度大幅度上升，因此具有廣泛的用途。橡膠粒子的粒徑及添加量直接影響著HIPS的性能，那如何才能直觀獲得橡膠粒子的在聚苯乙烯中的分散結果呢？本文使用冷凍超薄切片機，把HIPS在-120℃下切成80-100nm薄片直接轉移至銅網上，經過四氧化鋨染色，并利用Sigma 500場發(fā)射電子顯微鏡中掃描透射模式(Scanning transmission electron microscopy，STEM)實現(xiàn)橡膠粒子在聚苯乙烯中分散結果的觀察。
圖1 Sigma 500場發(fā)射掃描電子顯微鏡
掃透成像原理是在掃描電鏡中，當電子束與薄樣品相互作用時，會有一部分電子透過樣品，這一部分透射電子也可用來成像，其形成的像就是掃描透射像(STEM像)。掃描電鏡的STEM圖像與透射電鏡類似，也分為明場像(bright field，BF)和暗場像(dark field，DF)。應用掃透模式可得到物質的內部結構信息，使其既有掃描電鏡的功能，又具備透射電鏡的功能。同時，與透射電鏡相比，由于其加速電壓低，可顯著減少電子束對樣品的損傷，而且可大大提高圖像的襯度，特別適合于有機高分子等軟材料樣品的透射分析。透射電鏡的加速電壓較高(一般為120-200kV)，對于有機高分子等軟材料樣品的穿透能力強，形成的透射像襯度低，而掃描電鏡的加速電壓較低(一般用10-30kV)，因此應用其STEM模式成透射像，可大大提高像的襯度。在用透射電鏡觀察其分相結構時，由于兩部分襯度都低，幾乎無法區(qū)分，而應用掃描電鏡的STEM模式觀察時，可清楚地觀察到兩相的結構。
圖2 STEM圖片：(a)明場20k；(b)暗場20k；(c)明場40k；(d)暗場40k；
本文實驗結果如2所示，在觀察橡膠粒子在聚苯乙烯中的分散時，能夠很清楚觀察到橡膠相和聚苯乙烯相的結構。總之，隨著科學研究的深入，對于物質結構分析的要求越來越高，掃描電鏡STEM模式由于其襯度高、損傷小等特點，非常適合于有機高分子等軟材料的結構分析，將在此類材料的分析表征中發(fā)揮著重要作用。[1]高文彬，高抗沖聚苯乙烯改性的發(fā)展趨勢，遼寧化工，2004(12),33[2]Riew, C.K. Morphology of Rubber-Toughened Polycarbonate. Rubber-Toughened Plastics ACS,1989,225-241
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