Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.6: Розділення мікрофаз

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19919

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Кристалічні домени забезпечують додаткову міцність полімерним матеріалам. Сильне тяжіння, можливе між тісно вирівняними ланцюгами, призводить до того, що довгі сегменти полімеру міцніше утримуються в положенні. Отже, ланцюговий потік більш обмежений, а матеріал стає більш жорстким.

    Іноді в конструкцію навмисно вбудовуються більш жорсткі сегменти полімеру. Наприклад, в блок-сополімерах більш м'які, гнучкі блоки часто поєднуються з більш твердими, більш жорсткими блоками. М'які сегменти можуть мати більшу конформаційну гнучкість або слабші міжмолекулярні атракціони між собою або обома. Тверді сегменти можуть бути більш конформаційно жорсткими або вони можуть мати більш міцні міжмолекулярні атракціони, такі як сильні диполі або водневі зв'язки.

    Якщо довжини блоків мають правильний розмір, два сегменти здатні розділитися на дві фази. В результаті сильніших міжмолекулярних атракціонів, довжини ланцюгів, що містять тверді сегменти, скупчуються, виштовхуючи м'які сегменти, які в іншому випадку заважали б цим міжмолекулярним атракціонів. Це явище називається мікрофазовим поділом. В результаті матеріал містить острівці міцності і жорсткості в матриці гнучких полімерних ланцюгів. Це може бути дуже корисним поєднанням. Гнучкі ланцюги м'яких сегментів дозволяють спотворювати, згинати або стискати полімер, але тверді сегменти встановлюють обмеження на цю гнучкість, зберігаючи матеріал міцно разом.

    CPmicrophase.png

    Оскільки ми зазвичай маємо справу з дуже великою кількістю захоплених мономерів, різниця між двома видами сегментів навіть не повинна бути драматичною. Сополімер бутадієну і стиролу, обидва вуглеводні, може утворювати мікрофазні розділені матеріали. При цьому міжмолекулярні атракціони переважають слабкі лондонські сили дисперсії, але ароматичні групи стиролу з їх делокалізованими пі-системами мають лондонські сили дисперсії, які трохи сильніші. В результаті пінополістирольні блоки можуть скупчуватися, оточені більш м'якими полібутадієновими блоками.

    CPcoBuSt.png

    Проблема ПП6.1.

    Визначте жорсткий сегмент і м'який сегмент в кожному з наступних блок-сополімерів.

    CPhsblock.png

    Іноді поділ між цими фазами можна безпосередньо спостерігати за допомогою мікроскопії. Тунельна електронна мікроскопія (ТЕМ) - це техніка, яка може генерувати зображення поперечного перерізу матеріалу. Матеріал, як правило, забарвлюється важким металом, таким як осмій, який переважно зв'язується з тією чи іншою фазою. Забруднена фаза виявляється темнішою під ТЕМ, ніж фаза, яка не забарвлена.

    Рентгенівські дифракційні методи часто можуть використовуватися для вимірювання відстаней між твердими сегментами. Малокутове розсіювання рентгенівського випромінювання (SAXS) дуже схоже на ширококутне рентгенівське розсіювання (WAXS). Через зворотну залежність між кутом розсіювання та відстанню SAXS використовується для зондування регулярно повторюваних структур на більших відстанях, ніж ті, що спостерігаються в WAXS. Це дає можливість побачити піки, якщо жорсткі сегменти розподіляються досить регулярно всередині м'якої матриці.

    CPSAXS.png

    Зверніть увагу, що в SAXS вісь x зазвичай позначається як q, вектор розсіювання:

    q = 4πsinθ/λ

    Але оскільки d = 2sinθ /λ, то q = 2π/d або d = 2π/q Це дає нам досить простий спосіб обчислення відстаней між регулярно розташованими жорсткими сегментами (або будь-якими іншими регулярно розташованими об'єктами). Знову ж таки, як і в WAXS, існує зворотна залежність між величиною, показаною на осі x, і відстанями через простір.

    Проблема ПП6.2.

    Обчисліть приблизні відстані, виявлені в наступних результатах SAXS.

    CPSAXSq.png