Термический анализ смесей твердых полимеров

12.08.2015

Исследование переходов, связанных с подвижностью, в смесях твердых полимеров может дать ценную информацию о фазовом состоянии и морфологии смеси в зависимости от ее состава и предыстории переработки. В этом контексте особый интерес вызывает поведение перехода в стеклообразное состояние в смеси. Характеристические трансляционные и вращательные движения, связанные с переходом стекло-каучук, отражают локальное окружение, в котором находятся сегменты релаксирующей цепи, и тем самым предоставляют важную информацию, касающуюся взаимодействий, взаиморастворимости и/или возможном фазовом разделении компонентов смеси.
Наиболее удобным методом для определения перехода в стеклообразное состояние в твердых полимерных смесях всегда была дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК). ДСК имеет много преимуществ при исследовании термических переходов в полимерных смесях, самыми важными из которых являются простота применения и минимальные требования к приготовлению образца и его количеству. К недостаткам традиционной ДСК относится дополнительное тепловое воздействие при проведении ДСК эксперимента и ограниченный диапазон доступных временных интервалов измерений.
Непрерывное совершенствование приборов и микропроцессорного управления, которые происходили в течение последних двух десятилетий, привели к резкому расширению применения динамического термического анализа для изучения подвижности в твердых полимерах. Динамический механический термический анализ сейчас является стандартным компонентом многих академических и промышленных систем термического анализа, а диэлектрическая спектроскопия все больше применяется в различных областях исследования полимеров. Оба метода имеют высокую чувствительность при определении связанных с подвижностью переходов в твердых полимерах, и они обладают большей гибкостью, чем традиционная калориметрия. Главными преимуществами этих методов являются широкий диапазон доступных частот в эксперименте и возможность изучения индивидуальных переходов в частотном интервале при изотермических условиях. Последнее обстоятельство обеспечивает лучший контроль термической предыстории, связанной с проведением измерений, и позволяет выполнять эксперимент в условиях, наиболее близких к термическому равновесию.
В этой главе будет сделан обзор применений метода динамического термического анализа для исследования смесей твердых полимеров. Наше внимание будет сфокусировано на переходе стекло-каучук в смесях и ее связи со взаиморастворимостью и фазовым поведением. Мы обсудим теорию и методологию экспериментов как по диэлектрическому, так и по динамическому механическому анализу, а также коснемся сильных и слабых сторон этих методов. Затем мы рассмотрим подробно две области текущих исследований, а именно динамическую неоднородность в полимерных смесях и полимерные смеси с кристаллизующимися компонентами.