Page 83 - 《精细化工》2023年第5期

第 5 期 郭 松，等: 聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微流控芯片的制备 ·1003·

分环戊烯基团，而 COD 开环聚合后环状烯烃结构会
转变成链状烯烃，因此，COD 用量的增加导致聚合
物中链状烯烃结构的增加。

a—样条初始状态；b—样条拉伸后的状态；c—样条扭转后的状
态；d—样条折叠后的状态

图 2 聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)样品的 FTIR 谱图 图 3 聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)回弹性能测试
Fig. 2 FTIR spectra of P(DCPD-co-COD) samples Fig. 3 Resilience test of P(DCPD-co-COD)

接着，考察了不同 DCPD/COD 质量比对共聚物 2.2 聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微流控芯片的形
力学性能的影响，结果如表 1 所示。可以看出，随着 貌分析
COD 用量的增加，共聚物的邵氏硬度和拉伸强度显著 聚合物在微结构模具上的成型精度是微流控芯
下降。与 DCPD 聚合形成的环状交联结构不同，COD 片制造的关键，这是因为多数聚合物材料在加工成
经过 ROMP 开环反应形成了长链状结构，这种结构 型过程中会发生剧烈收缩，导致微结构尺寸发生明
能够扭转并吸收冲击力，显示出弹性体性质 [30] 。但当 显变化，从而影响后续微流控芯片的应用。聚(双环
链状结构含量过高时，会降低聚合物网络的刚性和强 戊二烯-co-环辛二烯)在 SU-8 硅片模具上成型后试
度。当 m(DCPD)∶m(COD)=1∶1 时，共聚物的邵氏 样的微观形貌通过 SEM 进行表征，结果如图 4 所示。
硬度为(45±4) HA，拉伸强度为 5.24 MPa，其力学性 所用 SU-8 模具的高度是 105 μm，结构最窄处的宽
[7]
能接近于 PDMS 。 度是 35 μm。如图 4 所示，共聚物成型后形成微通
道结构规整，并未发生明显的倒塌变形。在最窄处
表 1 不同 DCPD/COD 质量比制得的聚(双环戊二烯-co- （深宽比约为 3∶1），微通道结构依然保持了规整
环辛二烯)样品的性质 的形貌。通过对比硅片模具的 SEM 图可以发现，共
Table 1 Mechanical properties of P(DCPD-co-COD) samples 聚物的微通道结构与模具之间的尺寸误差可以忽略
synthesized with different mass ratios of DCPD/COD
不计。结果表明，聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)在 SU-8
m(DCPD)∶m(COD) 邵氏硬度/HA 拉伸强度/MPa
模具上的成型精度较高，适合用于制作微流控芯片。
100∶0 90±2 64.10

90∶10 73±3 32.50
70∶30 61±5 12.80
50∶50 45±4 5.24
30∶70 16±3 1.23
10∶90 8±2 0.21
PDMS [12] 50 1.37
注：共聚物的制备条件为 m(DCPD+COD)∶m(Grubbs 催化
剂)∶m(TBP)=2500∶1∶75、反应温度 80℃、反应时间 20 min。

进一步评估了共聚物样条的弹性性能，共聚物
样条制备条件为 m(DCPD)∶m(COD)∶m(Grubbs 催
化剂)∶m(TBP)=1250∶1250∶1∶75、反应温度

80 ℃、反应时间 20 min，测试结果如图 3 所示。可 图 4 聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微结构盖板（a、b）
以看出，共聚物样条经过拉伸、扭转、折叠后依然 以及 SU-8 硅片模具（c、d）的 SEM 图
可以恢复初始形状，说明此条件下制备得到的共聚 Fig. 4 SEM images of P(DCPD-co-COD) with
microstructure (a, b) and SU-8 patterned
物回弹性较好，适合用于微流控芯片的制备。 silicon wafer (c, d)