Оптическая микроскопия

05.06.2015

Если частицы каучука имеют достаточно большие размеры, то они могут быть обнаружены с помощью оптической микроскопии — наиболее простого и дешевого метода изучения морфологии. Приближенные измерения размера дисперсных частиц в УПС могут быть выполнены на частице материала, помещенной между покровным и предметным стеклами в капле толуола или другого растворителя. Наблюдения проводятся в фазовоконтрастном или интерференционном микроскопе, т. е. в условиях, когда малые различия в показателях преломления превращаются в различия в интенсивности света. При необходимости фотографирования следует использовать более вязкие и менее летучие растворители. При определении истинных размеров частиц необходимо, конечно, учитывать набухание каучука в растворителе. Такой метод особенно полезен для наблюдения за разделением системы на фазы в процессе полимеризации. Кусочки твердого образца плавят и раздавливают между стеклами.
Анализ промышленных образцов часто осложняется присутствием в них пигмента — двуокиси титана. Для выявления различий между двумя типами частиц каучук окрашивают в красный цвет с помощью азосоединений.
Просвечивающая фазово-контрастная или интерференционная методики также пригодны для анализа структуры материала в тонких срезах. Наиболее подходящие для исследования срезы толщиной от 1 до 5 мкм можно приготовить с помощью обычного санного микротома. Срезы в процессе их микротомирования закручиваются, поэтому для выравнивания их прогревают на глицериновой бане (в плавучем состоянии). Срез подвергают микроскопированию, смочив предварительно глицериновым раствором K2HgI4. Этот раствор не разрушает УПС и родственных полимеров, и его концентрация может быть подобрана таким образом, чтобы довести показатель преломления до соответствующего матричному полимеру (1,59 для ПС). В этом случае линии от ножа и другие дефекты на срезе становятся невидимыми.
Третий метод сводится к избирательному травлению или окрашиванию образца и рассмотрению обработанной поверхности в отраженном свете. Препарат для наблюдения можно приготовить различными способами. В некоторых случаях можно удовлетвориться поверхностью литого образца, однако обычно необходимо произвести определенную обработку поверхности. Наилучшая плоская поверхность получается при ультра-микротомировании блочного материала. Другие приемлемые методы подготовки образцов сводятся к металлографической полировке на абразивном круге или к изготовлению сколов материала при низкой температуре.
Обычно для травления УПС используют смесь хромовой и фосфорной кислот, состоящую из 100 мл H2SO4, 30 мл H3PO4, 30 мл воды и 5 г СrО3. Эта сильно окисляющая смесь действует избирательно на фазу ненасыщенного каучука, но не оказывает заметного воздействия на полистирольную фазу. После пятиминутного травления при 70 °C каучуковые частицы полностью удаляются из поверхностного слоя. При меньшей выдержке происходит лишь частичное удаление каучука, так что полистирольные инклюзии, которые существуют в каучуковой фазе большинства УПС, легко различаются в микроскопе, поскольку они удерживаются в углублениях частиц каучука. Для получения лучших результатов с помощью микроскопии в отраженном свете целесообразно в вакууме нанести на поверхность протравленных образцов УПС топкий слой углерода, чтобы исключить отражение и рассеяние света от субповерхностного слоя.
Оптическая микроскопия

Результаты, полученные с помощью описанных выше методов, сопоставлены на рис. 3.1. Каждый метод имеет свои преимущества. Метод с растворителем является простейшим, но в случае анализа твердого образца не позволяет получить детальную информацию: частицы каучука релаксируют и набухают при добавлении растворителя, так что определить их форму и пространственное распределение не представляется возможным. Приготовление срезов позволяет преодолеть некоторые из этих проблем, а в ряде случаев позволяет наблюдать и внутреннюю структуру частиц, однако форма частиц каучука не может быть точно оценена вследствие искажений, вносимых микротомированием. Кроме того, из-за искажений среза сложно выровнять образец так, чтобы получилась высококачественная фотография. Во многих отношениях метод травления, не искажающий формы частиц и не нарушающий плоскостности поверхности, является наилучшим. Измерения эллиптичности частиц дают полезную информацию для характеристики ориентации в образцах при сложных процессах формования.
Никакие улучшения в технике приготовления образцов не могут, однако, преодолеть основное ограничение оптической микроскопии, а именно ее низкую разрешающую способность. Большинство модифицированных каучуком пластиков содержит каучуковые частицы таких малых размеров, что они не могут быть обнаружены и разрешены в оптическом микроскопе. По этой причине наиболее важные результаты были получены с применением электронной микроскопии.