Введение 3
Глава 1. Полимеры, полимерные смеси и совместимость полимеров 5
1.1 Фазовые состояния и структуры полимеров 5
1.2 Стеклообразное состояние полимеров 7
1.3 Релаксационные переходы в стеклообразных полимерах 9
1.4 Молекулярная подвижность и свободный объем
в стеклообразных полимерах 12
1.5 Полимерные смеси 15
1.6 Критерий совместимости системы полимер-полимер 17
1.7 Полимерные мембраны на основе бинарных смесей полимеров 27
Глава 2. Экспериментальная часть 36
2.1 Объекты исследования 36
2.2 Методика эксперимента 37
2.3 Принцип действия Фурье-спектрометра 40
Глава 3. Результаты и обсуждение 45
3.1 ИК-спектроскопия конформационно-неоднородных зондов 45
3.2 ИК-фурье-спектры смесей поливинилбутираля и
полиметилметакрилата и конформационных зондов в них 49
3.3 Температуры вторичных релаксационных переходов и распределение свободного объема в смесях
поливинилбутираль/полиметилметакрилата 53
Выводы 58
Список литературы 59
Одним из способов модификации физических и физико-химических свойств полимерных материалов является использование смесей полимеров. Этот метод позволяет формировать уникальные микро- и наноразмерные структуры, недоступные в случае использования однокомпонентных систем. Направленное изменение состава полимерной смеси позволяет регулировать пористую структуру, морфологию, кристалличность и другие характеристики полимерного материала, определяющие сферу и условия его использования [1].
Различные смеси индивидуальных полимеров широко изучаются, поскольку из них могут быть изготовлены новые мембранные материалы различного назначения. Например, представляет интерес использование бинарных смесей поливинилбутираля (ПВБ) с другими полимерами, что позволяет получать материалы с новыми эксплуатационными свойствами [2]. В [3] исследовался ПВБ в сочетании с поливинилиденфторидом для создания ультрафильтрационных и микрофильтрационных мембран. Известно, что индивидуальный ПВБ используется для изготовления новых и недорогих пористых мембран, обладающих термической и химической устойчивостью, относится к термопластам. В работе [4] методом атомно-силового микроскопа изучалось влияние различного состава смеси ПВБ с полиметилметакрилатом на равномерное распределение поверхности по подложке, а также на уменьшение хрупкости смеси. ПВБ в значительной степени используется для обеспечения безопасности из-за его высокой прозрачности и хорошей адгезии к стеклу.
Цель данной работы - ИК-спектроскопическое исследование локальной молекулярной динамики бинарных смесей полимеров ПВБ и полиметилметакрилата (ПММА) и зависимости её от процентного соотношения полимеров.
Одной из важных характеристик молекулярной подвижности в полимерах являются вторичные релаксационные переходы, которые проявляются при температурах ниже температуры стеклования. Метод ИК-Фурье спектроскопии конформационных зондов позволяет определить температуру релаксационных переходов и отнести их к определённым релаксаторам конкретного индивидуального полимера [5]. В данной работе мы использовали конформационные зонды для изучения релаксационных переходов в бинарных смесях полимеров с целью определения возможности применения к ним подхода, отработанного в [5] для индивидуальных полимеров.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- подбор конформационных зондов с разными активационными объемами, которые позволяют изучать локальную динамику различных фрагментов макромолекул;
- экспериментальное исследование ИК-фурье-спектров зондов,
внедрённых в смеси ПВБ и ПММА, в температурном интервале 300-100 К;
- обработка ИК-фурье-спектров, выделение аналитических
конформационно-чувствительных полос поглощения зондов;
- определение температур замораживания конформационных переходов молекул зондов в смесях ПВБ и ПММА;
- отнесение полученных температур вторичных релаксационных переходов к типам локальной подвижности в полимере;
- определение эффективных размеров подвижных элементов свободного объема в бинарных системах при комнатной температуре и зависимости их от процентного состава смеси.
1. С помощью ИК фурье-спектроскопии конформационно-неоднородных зондов исследована локальная молекулярная динамика бинарных полимерных систем поливинилбутираля и полиметилметакрилата составов 80:20, 60:40, 40:60 и 20:80.
2. Получены температуры вторичных релаксационных переходов в смесях поливинилбутираля и полиметилметакрилата с разным содержанием компонентов.
3. В исследованных бинарных системах оценены эффективные размеры подвижных элементов свободного объема, диффузия которых обуславливает транспорт малых молекул при мембранном газоразделении.
