Probing friction and adhesion properties of poly(vinyl methylether) homopolymer and blend films under nano-confinement using atomic-force microscopy

Abstract

The surface properties of poly(vinyl methylether) (PVME) homopolymer and blend films are characterized by atomic force microscopy (AFM) with the film thickness ranging from 5 nm to 400 nm. When the film thickness is less than 200 nm, lateral force of the PVME films decreases with the decreasing film thickness and has less dependence on the scanning rate. The local adhesion measurements indicate the adhesion force per unit area increases with the decreasing film thickness. These results are consistent to each other showing the increased polymer stiffness and decreased polymer chain mobility due to the confinement in the ultra-thin films. The effects of blending PVME with semicrystalline isotactic polypropylene (i-PP) on the lateral force of the film have also been investigated. Upon blending, both the scale of the lateral forces and their scanning rate dependences exhibit great changes. The lateral force of the blend film has a maximum when the fraction of PVME is around 0.8, similar to that when a polymer goes through the glass-transition. To cite this article: D. Wang, H. Ishida, C. R. Chimie 9 (2006). Les propriétés de surface de films d'homopolymères de poly(vinyl méthyléther) (PVME) et de mélanges sont caractérisées par microscopie à force atomique (AFM), l'épaisseur des films étant comprise entre 5 et 400 nm. Quand l'épaisseur du film est inférieure à 200 nm, la force s'exerçant latéralement sur les films de PVME diminue avec l'épaisseur et dépend moins étroitement de la vitesse de déplacement. La mesure locale d'adhésion indique que la force d'adhésion par unité d'aire augmente lorsque l'épaisseur diminue. Ces résultats sont cohérents avec ceux montrant que la rigidité du polymère augmente et que sa mobilité moléculaire décroît en raison de son confinement dans des films ultra minces. L'effet de mélange du PVME avec du polypropylène isotactique semi-cristallin (i-PP) sur la force latérale exercée sur le film a également été étudié. Par mélange, le niveau des forces latérales ainsi que la dépendance vis-à-vis de la vitesse de déplacement varient fortement. Dans le cas d'un mélange, la force latérale passe par un maximum lorsque la fraction de PVME est de l'ordre de 0,8 résultat semblable à ce qui est observé quand le polymère franchit sa température de transition vitreuse. Pour citer cet article : D. Wang, H. Ishida, C. R. Chimie 9 (2006).