Phase behaviour of random copolymers and crosslinked homopolymer blends

Abstract

Das Phasenverhalten von Schmelzen linearer zufälliger Blockkopolymere und von zufällig vernetzten Homopolymermischungen wird mit Methoden der Statistischen Mechanik auf der Grundlage mikroskopischer Modelle untersucht.In Zufallskopolymerschmelzen steht die Verkettung von Bausteinen zweier inkompatibler Sorten deren Tendenz zur Entmischung entgegen. Dadurch konkurriert die makroskopische Entmischung mit Mikrophasenseparation, d.h. lokaler Entmischung. Das Phasenverhalten wird mit einem vergröberten Modell (nur Makrophasen) sowie mit einer Landauentwicklung der Freien Energie des vollen mikroskopischen Modells (Makro- und Mikrophasen) untersucht. Dabei ergeben sich wesentliche Abweichungen zu mit Kontinuumsnäherungen gewonnenen Ergebnissen. Aufbauend auf der Landautheorie wird ein Schema für die Fraktionierung der Schmelze nach der Sequenz der Ketten (homo- oder kopolymerisch) aufgestellt und untersucht. Es wird gezeigt, dass Fraktionierung zur Koexistenz mikrostrukturierter und makroskopischer Phasen führt und damit eine Alternative zum etablierten Mechanismus für Mikrophasenseparation darstellt.In Mischungen inkompatibler Homopolymere kann durch hinreichend starke Vernetzung der homogene Zustand stabilisiert und makroskopische Entmischung verhindert werden, an deren Stelle Mikrophasenseparation tritt. Die Vernetzung wird durch die Verknüpfung zufällig gewählter Paare von Monomeren modelliert. Das Modell gestattet somit die mikroskopische Beschreibung von Entmischung und Gelation ohne Ad-hoc-Annahmen. Mit Hilfe der Landau-Entwicklung der Freien Energie wird das Mean-Field-Phasendiagramm des Systems untersucht und die Stabilisierung des homogenen Zustands berechnet. Die Untersuchung der Streufunktionen des homogenen Gels zeigt unter anderem die partielle Konservierung der vor der Gelation bestehenden Fluktuationen und die Ankündigung der Mikrophasenseparation in den Fluktuationen. Die Mikrophasen selbst werden mit Ansätzen für regelmäßige und ungeordnete Morphologien untersucht, die je nach Kompressibilität und Zusammensetzung des Gels bevorzugt werden.